EP0772730B1 - Vortriebsschild - Google Patents

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Publication number
EP0772730B1
EP0772730B1 EP95924854A EP95924854A EP0772730B1 EP 0772730 B1 EP0772730 B1 EP 0772730B1 EP 95924854 A EP95924854 A EP 95924854A EP 95924854 A EP95924854 A EP 95924854A EP 0772730 B1 EP0772730 B1 EP 0772730B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chamber
working chamber
shield according
driving shield
opening
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP95924854A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0772730A1 (de
Inventor
Albrecht Heinrichs
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mhwirth GmbH
Original Assignee
Wirth Maschinen und Bohrgeraete Fabrik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Wirth Maschinen und Bohrgeraete Fabrik GmbH filed Critical Wirth Maschinen und Bohrgeraete Fabrik GmbH
Publication of EP0772730A1 publication Critical patent/EP0772730A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0772730B1 publication Critical patent/EP0772730B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/08Making 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
    • E21D9/0875Making 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 movable support arm carrying cutting tools for attacking the front face, e.g. a bucket
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/0642Making 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
    • E21D9/065Making 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 devices for provisionally supporting the front face

Definitions

  • the invention relates to a jacking shield the type corresponding to the preamble of claim 1.
  • the rock is attached to the face using a mechanical Removal device loosened and via pipes a separation plant located outside the tunnel room pumped. Here are rock and bentonite suspension Cut.
  • the support fluid then becomes the Mining chamber supplied after passing through if necessary Add new bentonite suspension to the requirements of the rock standing on the face was adjusted.
  • DE-PS 24 31 512 a tunneling shield is known in which the rock punctiform by means of a swiveling on all sides Removal arm of the rotatably mounted cutting head released or dismantled and sucked off directly on the cutting head and by from there to the rear from the excavation space of the tunnel shield is promoted.
  • this jacking shield is that that the support fluid only in the immediate cutting area comes into contact with the loosened rock and can only be contaminated in this area. In the remaining liquid remains in all other areas of the extraction chamber unaffected by the loosened rock, so that it is not mixed and burdened with it. Since the Support fluid hereby their support and sealing properties longer than with previously known jacking plates retains and therefore renewed or supplemented less often needs to be distinguished from the DE-PS 24 31 512 known removal sign due to particularly low Operating costs during its deployment.
  • Another tunneling shield is from DE 32 21 494 C1 known.
  • This tunneling shield includes one with one Extraction head provided extraction arm, which on an orbit the working face is movable. To remove the mining material is the mining head one while moving through falling down through the lower part of the orbit coarse mining material and during moving through through the upper part of the orbit that Dismantling material assigned to the clearing bucket that is emitted to the rear.
  • the invention is therefore based on the object to develop such a device so that on the one hand Work to remove bouldering from the quarry of the jacking plate and maintenance work from Operators can be made without it a lowering of the thixotropic liquid is required.
  • the tunneling shield according to the invention according to claim 1 is a separate working chamber in the mining chamber provided, which against the rear, pressure-free Area of the tunnel shield over at least one security gate is sealed and which one down has directed opening, through which they with the removal chamber communicates.
  • the work chamber is with one for the use of suitable fluid medium by operating personnel - usually compressed air or water - pressurizable. While the jacking plate is being dismantled, the Working chamber also with the fluid support medium filled.
  • the supporting medioum is supported by the Filling the working chamber with the for the use of the Operator suitable fluid medium under one Pressure that corresponds to the pressure of the support medium the downward opening of the working chamber this displaces without the supporting effect of the support medium would be restricted to the working face.
  • the operating personnel can now go through a security gate from the pressure-free area of the heading shield into the Inside the work chamber and go down through it directed opening of the working chamber the desired activities make.
  • Jacking shield is the subject of the claim 3.
  • the Chamber of Labor has one of the Removal chamber independent chamber housing, which in one provided in the transverse wall of the tunnel shield Bearing opening is at rest.
  • the working chamber housing is optional from the position inside the excavation chamber towards a publisher axis that is roughly in the direction the central axis of the heading shield runs in one essentially outside the mining chamber Position under the seal opposite the bearing opening relocatable. This measure prevents the Working chamber for this during normal mining operations excessively limited space required in the excavation chamber.
  • the Driving shield in a particularly advantageous embodiment of the Driving shield according to claim 5 is the opening of the Working chamber facing storage area of the storage opening so dimensioned that this in the essentially outside the Dismantling chamber position of the working chamber The opening is completely covered and the working chamber with it seals against the environment.
  • the Chamber of Labor can measure the use of the Fluid medium that allows operating personnel - such as compressed air or water - already filled, and the operating staff can the work chamber through the security gate Already seek this out before taking it into the mining area Opening their opening is introduced.
  • the face of the face facing the working face Chamber housing as perpendicular to the central axis of the tunnel shield training extending support wall and to move the working chamber so far into the mining chamber that the outer surface of the end wall against the working face is pressed.
  • the displacement axis is preferably used hydraulic device.
  • Cut-out obstacles, the so-called boulder, as well complete cutting heads can be opened if necessary easy way to remove from the pit when in the Working chamber a gripping device that can be lowered through its opening is provided.
  • the dismantling arm can only be pivoted about a pivot axis because this measure a particularly simple and robust storage of the removal arm on the cross wall allowed.
  • the removal arm is pivoted at a preferred embodiment of claim 14 by a hydraulic device.
  • a preferred embodiment of the tunneling shield according to claim 15 thereby has an increased drilling capacity on that several, independently of each other on the carrier plate pivotable support arms with attached to them Cutting heads are provided.
  • the one designated 100 as a whole in the drawing Driving shield comprises a tubular shield jacket 1, which has a transverse wall 2 in its central region, which a front extraction chamber 3 from the rear Part 4 of the tunneling shield 100 is cut off.
  • the front one Mining chamber 3 extends straight up to the face 5 and is in the mining operation with a support medium, for example a thixotropic liquid, filled, for the one in the transverse wall not shown in the drawing Inlet is provided.
  • a support medium for example a thixotropic liquid, filled, for the one in the transverse wall not shown in the drawing Inlet is provided.
  • a support medium for example a thixotropic liquid
  • the compensation chamber 39 communicates with the Mining chamber 3 such that to compensate for changes in volume the extraction chamber 3 support fluid between the Chambers an exchange of support fluid takes place. At major volume changes in the mining chamber or in one considerable loss of support fluid through the face the pressure in the extraction chamber can be reduced by additional Pumping or suctioning of support liquid via the inlet can be set.
  • Symmetrical to the central axis M of the tunnel shield 100 is a carrier plate in the transverse wall 2 via ball bearings 7 8 rotatably mounted and via a sealing ring 9 sealed against the transverse wall 2.
  • the rotary drive of the A hydraulic motor 6 serves as the support plate 8.
  • a excavation arm 10 is arranged on the face of the rock, one rotatable about the longitudinal axis L of the extraction arm Cutting head 11 includes and on the carrier plate by means a hinge assembly 12 parallel to that through the the face of the support plate 8 facing the working face and perpendicular to one radially from the center of rotation of the support plate intersecting the longitudinal axis L of the extraction arm Swivel axis is pivotally mounted.
  • the pivoting of the Dismantling arm 10 is done by one at the back of the Carrier plate 8 arranged hydraulic cylinder 13.
  • Das rear end 14 of the removal arm 10 is through the support plate 8 in the rear part 4 of the tunneling shield 100 through an opening 15 machined into the carrier plate 8 passed through.
  • For sealing it is in the area of Opening part of the extraction arm 10 as a spherical Seat 16 executed and via an annular seal arrangement 17 sealed against the carrier plate 8.
  • the extraction arm two telescopically interlocking Arm segments 10 ', 10 ", by means of which the length of the removal arm - As shown by the dashed line in Fig. 1 different positions of the extraction arm 10 and Cutting head 11 can be seen - for example with the help of hydraulic Actuators not shown in the drawing are varied.
  • the carrier plate 8 has above the removal arm 10 an area widened in the direction of the bore axis 19 in which a bearing opening 20 is incorporated, which is the storage of one along a displacement axis V in the bearing opening 20 displaceable working chamber 21st serves.
  • the displacement axis V above the Center axis M of the tunneling shield and runs - from viewed from front to back - slightly sloping upwards.
  • the Working chamber 21 points at that shown in the drawing Embodiment a cylindrical segment Housing 22, whose lower flat 23 in the front Area 24 has a downward opening 25.
  • the rear region 26 of the working chamber 21 is a double person lock 27 trained.
  • the working chamber 21 is in a manner not shown in the drawing a device for loading, also not shown the working chamber 21 with a fluid medium, which gives people access to the working chamber 21 allows, such as compressed air or water, connected.
  • a fluid medium which gives people access to the working chamber 21 allows, such as compressed air or water, connected.
  • the position of the working chamber 21 is the lower opening 25 from the lower bearing surface 28 of the bearing opening 20 completely covered and both to the chamber 3 and to the rear part 4 of the jacking shield via sealing rings 29, which extends around the entire circumference of the housing 22 extend the working chamber 21, sealed.
  • This Position of the working chamber 21 can be operated by the operating personnel Double lock 27 in the front area 24 of the working chamber and then use a suitable one fluid medium can be filled under a pressure which the pressure of the support liquid located in the extraction chamber 3 corresponds.
  • the fluid medium in the working chamber has the same pressure as that in the mining chamber support medium for supporting the working face 5, does not penetrate this or only slightly working chamber 21 opened downward, and the operating personnel can carry out maintenance or repair work make the cutting head 11 without lowering it the support fluid in the extraction chamber 3 is required.
  • a gripping device that can be lowered through its opening 31 provided, which for the inclusion of a dismantled Cutting head or not shown in the drawing larger pieces of overburden is provided.
  • the housing 22 of the working chamber 21 has a front Front side 32, which over the outer circumference of the protrudes cylindrical segment-shaped housing 22 and thus at the same time the additional support of the face 5 serves when the working chamber 21 so far into the mining chamber 3 is pushed in that the end face 32 on the Face 5 is present.
  • a double person lock 35 arranged through which - if necessary - after lowering the support fluid, operating personnel directly can get into the mining chamber 3.
  • a stone lock 36 is provided, through which larger Scraps in the rear part 4 of the tunnel shield can be brought.
  • the tunneling shield is propelled via on the fixed part 2 of the transverse wall 2 'attacking hydraulic Feed cylinder 37, which is with her other End at the front of the existing tubbing extension 38 support.
  • the Driving shield either pushed forward continuously, or Dismantling and feed take place in succession. Then there is one significant acceleration of the propulsion can be achieved that the ground initially only along the shield edge 39 forming front end edge of the shield mantle 1 is milled, for which purpose the cutting head 11 in the Fig. 1 shown in dashed lines, exposed position and then by rotating the carrier plate along the blade edge is moved.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vortriebsschild der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.
Für den Tunnelbau im Lockergestein steht seit Jahrzehnten der Schildvortrieb zur Verfügung. In neuerer Zeit wurden hierfür Vortriebsschilder mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust entwickelt. Sie ermöglichen es, Tunnelquerschnitte in nicht standfesten Böden innerhalb des Grundwasserspiegels weitgehend ohne Druckluft, Injektionen oder Vereisung aufzufahren. Diese Vortriebsschilde sind mit einen zum Tunnel hin abgeschotteten Druckraum für eine Stützflüssigkeit ausgestattet, deren Druck dem jeweils anstehenden Erd- und Wasserdruck entsprechend eingestellt und aufrechterhalten wird. Als Stützflüssigkeit finden üblicherweise thixotrope Flüssigkeiten - meist eine Bentonit-Suspension - Verwendung, welche, je nach Art des Lokkergesteins, von der Ortsbrust aus bis zu einer gewissen Tiefe in das Gestein eindringt. Die von der Bentonit-Suspension durchdrungene Gesteinsschicht - der sog. Filterkuchen - stabilisiert die Ortsbrust, wodurch unkontrollierte Gesteinseinbrüche aus der Ortsbrust zuverlässig vermieden werden.
Das Gestein wird an der Ortsbrust mit einer mechanischen Abbauvorrichtung gelöst und über Rohrleitungen zu einer außerhalb des Tunnelraumes befindlichen Separieranlage gepumpt. Hier werden Gestein und Bentonit-Suspension getrennt. Die Stützflüssigkeit wird dann erneut der Abbaukammer zugeführt, nachdem sie gegebenenfalls durch Zugabe von neuer Bentonit-Suspension den Erfordernissen des an der Ortsbrust anstehenden Gesteins angepaßt wurde.
Basierend auf diesem Prinzip ist aus der DE-PS 24 31 512 ein Vortriebsschild bekannt, bei dem das Gestein punktförmig mittels eines an einem allseitig schwenkbaren Abbauarm drehbar gelagerten Schneidkopfes gelöst bzw. abgebaut und unmittelbar am Schneidkopf abgesaugt und von dort aus nach hinten aus dem Abbauraum des Vortriebsschildes herausgefördert wird.
Der Vorteil dieses Vortriebsschildes besteht darin, daß die Stützflüssigkeit nur im unmittelbaren Schnittbereich mit dem gelösten Gestein in Berührung kommt und daher nur in diesem Bereich verunreinigt werden kann. In allen übrigen Bereichen der Abbaukammer bleibt die Stützflüssigkeit von dem gelösten Gestein unbeeinflußt, so daß sie mit diesem nicht vermischt und belastet wird. Da die Stützflüssigkeit hierdurch ihre Stütz- und Abdichtungseigenschaften länger als bei zuvor bekannten Vortriebsschildern behält und daher weniger oft erneuert bzw. ergänzt zu werden braucht, zeichnet sich der aus der DE-PS 24 31 512 bekannte Abtragsschild durch besonders geringe Betriebskosten während seines Einsatzes aus.
Wegen dieses Vorteils finden für den Tunnelbau im Lockergestein heutzutage vielfach Vortriebsschilde Verwendung, die auf diesem Prinzip beruhen. So ist zum Beispiel aus dem Werbeprospekt "Thixschild 'System Holzmann'" der Firma Philipp Holzmann AG ein derartiger Vortriebsschild bekannt, bei dem der den drehbaren Schneidkopf tragende Abtragarm zusätzlich teleskopartig ausgebildet ist, da hierdurch einerseits ein vorprogrammierter, sehr genauer und schichtweiser Abbau der Ortsbrust möglich ist, andererseits Hindernisse, die zum Beispiel in Form von Festgesteinsbrocken, sog. Boulder, freischneidbar sind. Nach dem Freischneiden werden die Boulder per Hand über eine Personenschleuse nach hinten aus den Abbauraum des Vortriebsschildes herausbefördert und anschließend abtransportiert.
Nachteilig ist bei dieser Vorrichtung jedoch, daß sowohl zum Abtransport der Boulder als auch für Wartungs- oder Reparaturarbeiten am Abbauarm bzw. am Schneidkopf die thixotrope Flüssigkeit zumindest zu einem Teil aus dem Abbauraum abgesenkt und durch ein anderes fluides Medium, durch welches Personen in den Abbauraum vor der Ortsbrust gelangen können - wie zum Beispiel Druckluft oder Wasser - ersetzt werden muß. Da in diesem Bereich die Abstützwirkung der thixotropen Flüssigkeit fehlt, besteht grundsätzlich während der vorgenannten Arbeiten ein erhöhtes Risiko von Bodeneinbrüchen und Ausbläsern, die die Wartungsmannschaft während ihres Einsatzes stark gefährden können. Diese Gefährdung wird auch durch den Einsatz eines mechanischen Ortsbrustverbaus vor dem Absenken der thixotropen Flüssigkeit nicht vollständig eliminiert.
Ein weiterer Nachteil dieses Vortriebsschildes ist, daß er sich - bei noch vertretbarem konstruktivem Aufwand für den Abbauarm - nur für Bohrungen bis zu einem vom Gestein abhängigen maximalen Durchmesser eignet. Soll eine Bohrung größeren Durchmessers in das Gestein eingebracht werden, so muß die Längenvariabilität des Abbauarmes vergrößert werden, ohne daß es hierbei zu einer Beeinträchtigung seiner Stabilität kommt. Auch werden die Anforderungen mit zunehmender Länge des Abbauarmes an dessen verschwenkbare Lagerung an dem Vortriebsschild durch die zunehmende Hebelwirkung immer größer, so daß auch die konstruktiven Anforderungen an die Lagerung mit zunehmender Länge des Abbauarmes stark ansteigen.
Ein weiterer Vortriebsschild ist aus der DE 32 21 494 C1 bekannt. Dieser Vortriebsschild umfaßt einen mit einem Abbaukopf versehenen Abbauarm, der auf einer Umlaufbahn an der Ortsbrust bewegbar ist. Zur Beseitigung des Abbaumaterials ist dem Abbaukopf eine während des Hindurchbewegens durch den unteren Teil der Umlaufbahn nach unten gefallenes grobes Abbaumaterial aufnehmende und während des Hindurchbewegens durch den oberen Teil der Umlaufbahn das Abbaumaterial nach hinten abgebende Räumschaufel zugeordnet.
Nachteilig ist bei diesem Vortriebsschild wiederum, daß keine Maßnahme zum Abtransport von Bouldern vorgesehen ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine derartige Vorrichtung so weiterzuentwickeln, daß einerseits Arbeiten zum Entfernen von Bouldern aus dem Abbauraum des Vortriebsschildes sowie Wartungsarbeiten vom Bedienpersonal vorgenommen werden können, ohne daß es dazu einem Absenken der thixotropen Flüssigkeit bedarf.
Diese Aufgabe wird durch den in Anspruch 1 wiedergegebenen Vortriebsschild in Verbindung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 10 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Vortriebsschild gemäß Anspruch 1 ist in der Abbaukammer eine separate Arbeitskammer vorgesehen, welche gegen den hinteren, druckfreien Bereich des Vortriebsschildes über mindestens eine Personenschleuse abgedichtet ist und welche eine nach unten gerichtete Öffnung aufweist, über die sie mit der Abbaukammer kommuniziert. Die Arbeitskammer ist mit einem für den Einsatz von Bedienpersonal geeigneten fluiden Medium - üblicherweise Preßluft oder Wasser - unter Druck setzbar. Während des Abbaubetriebs des Vortriebsschildes ist die Arbeitskammer ebenfalls mit dem fluiden Abstützmedium gefüllt. Wird zum Warten des Schneidkopfes oder zum Entfernen von Bouldern der Einsatz von Bedienpersonal im Abbauraum erforderlich, so wird das Abstützmedioum durch das Befüllen der Arbeitskammer mit dem für den Einsatz des Bedienpersonals geeigneten fluiden Medium unter einem Druck, der dem Druck des Abstützmediums entspricht, durch die nach unten gerichtete Öffnung der Arbeitskammer aus dieser verdrängt, ohne daß dabei die abstützende Wirkung des Abstützmediums auf die Ortsbrust eingeschränkt würde. Das Bedienpersonal kann nun durch eine Personenschleuse aus dem druckfreien Bereich des Vortriebsschildes in das Innere der Arbeitskammer gelangen und durch die nach unten gerichtete Öffnung der Arbeitskammer die gewünschten Tätigkeiten vornehmen.
Besonders einfach sind Wartungs- bzw. Instandsetzungsarbeiten an dem Schneidkopf durchführbar, wenn die Öffnung eine zum Einführen des Schneidkopfes geeignete Größe aufweist, da hierdurch Manipulationen im Innern der Arbeitskammer durch das Bedienpersonal direkt vorgenommen werden können.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vortriebsschildes ist Gegenstand des Anspruchs 3. Bei dieser weist die Arbeitskammer ein von der Abbaukammer unabhängiges Kammergehäuse auf, welches in einer in der Querwandung des Vortriebsschildes vorgesehenen Lageröffnung ruht. Das Arbeitskammergehäuse ist wahlweise aus der innerhalb der Abbaukammer befindlichen Position in Richtung einer Verlagerachse, die in etwa in Richtung der Mittelachse des Vortriebsschildes verläuft, in eine im wesentlichen außerhalb der Abbaukammer befindliche Position unter der Abdichtung gegenüber der Lageröffnung verlagerbar. Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß die Arbeitskammer während des normalen Abbaubetriebs den hierfür in der Abbaukammer benötigten Raum übermäßig einschränkt. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung des Vortriebsschildes gemäß Anspruchs 4, bei der das Zentrum der Lageröffnung oberhalb der Mittelachse des Vortriebsschildes angeordnet ist und die Lagerachse von der Ortsbrust aus gesehen leicht schräg nach oben verläuft, da diese Anordnung einerseits ein problemloses Einführen des unterhalb der Öffnung befindlichen Schneidkopfes in die Arbeitskammer erlaubt, andererseits der für die Lagerung des schwenkbaren Abbauarmes und für den Anschluß von Rohrleitungen zum Abtransport des abgebauten Gesteins benötigte Raum durch die Arbeitskammer geringstmöglich eingeschränkt wird.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Vortriebsschildes gemäß Anspruch 5 ist die der Öffnung der Arbeitskammer zugewandte Lagerfläche der Lageröffnung so bemessen, daß diese in der im wesentlichen außerhalb der Abbaukammer befindlichen Position der Arbeitskammer deren Öffnung vollständig überdeckt und die Arbeitskammer damit gegen die Umgebung dichtwirkend abschließt. Durch diese Maßnahme kann die Arbeitskammer mit dem den Einsatz des Bedienpersonals erlaubenden fluiden Medium - wie Preßluft oder Wasser - bereits gefüllt werden, und das Bedienpersonal kann durch die Personenschleuse die Arbeitskammer bereits aufsuchen, bevor diese in den Abbauraum unter Freigabe ihrer Öffnung eingeführt wird.
Um die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch das auch während der Arbeiten des Bedienpersonals in der Arbeitskammer durch das stets an der Ortsbrust anstehende Abstützmedium ohnehin verringerte Gefahr von Bodeneinbrüchen weiter zu reduzieren, ist es von Vorteil, gemäß Anspruch 6 die der Ortsbrust zugewandte Stirnwandung des Kammergehäuses als senkrecht zur Mittelachse des Vortriebsschildes verlaufende Stützwandung auszubilden und die Arbeitskammer so weit in die Abbaukammer zu verlagern, daß die Außenfläche der Stirnwandung gegen die Ortsbrust gepreßt wird.
Die abstützende Wirkung kann dadurch weiter erhöht werden, daß sich gemäß Anspruch 7 die der Ortsbrust zugewandte Stirnwandung des Kammergehäuses über den Außenumfang der Arbeitskammer hinaus erstreckt.
Der Verlagerung der Arbeitskammer in Richtung der Verlagerachse dient gemäß Anspruch 8 vorzugsweise eine hydraulische Einrichtung.
Freigeschnittene Hindernisse, die sog. Boulder, sowie im Bedarfsfall komplette Schneidköpfe lassen sich auf einfache Weise aus dem Abbauraum entfernen, wenn in der Arbeitskammer eine durch ihre Öffnung absenkbare Greifeinrichtung vorgesehen ist.
Um mit einem erfindungsgemäßen Vortriebsschild größere Bohrungsdurchmesser erzeugen zu können, ohne daß dabei der Abbauarm und dessen Lagerung einen übermäßig hohen konstruktiven Aufwand erforderten, empfiehlt sich eine Ausgestaltung des Vortriebsschildes gemäß Anspruch 10. Es ist die Bohrleistung hinsichtlich größerer Bohrungsdurchmesser dadurch verbessert, daß der mindestens eine Abbauarm zumindest um eine Schwenkachse verschwenkbar außerhalb der Mitte auf einer kreisförmigen Trägerplatte angeordnet ist, welche etwa um die Mittelachse des Vortriebsschildes rotiertbar in der Querwandung und mit dieser nach hinten abdichtend gelagert ist. Durch diese Maßnahme kann der Trägerarm bei diesem Vortriebsschild gegenüber dem Trägerarm eines herkömmlichen Vortriebsschildes, welcher im mittleren Bereich der Querwand des Vortriebsschildes allseitig verschwenkbar gelagert ist, einerseits wesentlich kürzer ausgebildet sein. Auch kann dessen Längenverstellbereich etwa auf die Hälfte des Wertes bei dem Abbauarm eines herkömmlichen Vortriebsschildes reduziert werden, wodurch sich bereits der Herstellungsaufwand für den Abbauarm erheblich reduziert. Des weiteren ist die Verschwenkbarkeit des Abbauarmes um eine Schwenkachse erforderlich, da durch Verdrehen der Trägerplatte und Verschwenken des Abbauarmes um die Verschwenkachse sowie entsprechender Längenänderung des Abbauarmes jeder Punkt der Ortsbrust mit dem am Ende des Abbauarmes angeordneten Schneidkopf anfahrbar ist.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Vortriebsschildes gemäß Anspruch 11 kann der Abbauarm lediglich um eine Schwenkachse verschwenkt werden, da diese Maßnahme eine besonders einfache und robuste Lagerung des Abbauarmes an der Querwand erlaubt.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des Vortriebsschildes hinsichtlich der Orientierung der Schwenkachse und dem Ort der Lagerung des Abbauarmes auf der Trägerplatte sind Gegenstand der Ansprüche 12 und 13. Durch diese Maßnahmen wird die für den gewünschten Bohrungsdurchmesser erforderliche Gesamtlänge und die Längenverstellbarkeit des Abbauarmes minimiert.
Das Verschwenken des Abbauarmes erfolgt bei einer bevorzugten Ausführungsform des Anspruchs 14 durch eine hydraulische Einrichtung.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Vortriebsschildes gemäß Anspruch 15 weist dadurch eine erhöhte Bohrleistung auf, daß auf der Trägerplatte mehrere, unabhängig voneinander verschwenkbare Trägerarme mit an ihnen angebrachten Schneidköpfen vorgesehen sind.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schmematisch illustriert.
Es zeigen:
  • Fig. 1 einen Längsschnitte durch einen erfindungsgemäßen Vortriebsschild, wobei verschiedene mögliche Stellungen des Abbauarmes und der Arbeitskammer gestrichelt dargestellt sind, sowie
  • Fig. 2 denselben Vortriebsschild in einer Ansicht von seiten der Ortsbrust (Ansicht A in Fig. 1).
  • Wenn im Folgenden von "vorn" die Rede ist, so bezieht sich die Angabe auf die in Fig. 1 links dargestellte, der Ortsbrust zugewandten Seite des Vortriebsschildes, die Angabe "hinten" bezieht sich dementsprechend auf die der Ortsbrust abgewandten Seite des Vortriebsschildes, Angaben wie "oben" bzw. "unten" sind bezogen auf die in der Zeichnung dargestellte, aufrechte Betriebsstellung des Vortriebsschildes.
    Der in der Zeichnung als Ganzes mit 100 bezeichnete Vortriebsschild umfaßt einen rohrförmigen Schildmantel 1, welcher in seinem mittleren Bereich eine Querwand 2 aufweist, welche eine vordere Abbaukammer 3 von dem hinteren Teil 4 des Vortriebsschildes 100 abtrennt. Die vordere Abbaukammer 3 reicht nach vorn unmittelbar bis zur Ortsbrust 5 heran und ist im Abbaubetrieb mit einem Stützmedium, zum Beispiel einer thixotropen Flüssigkeit, gefüllt, für die in der Querwand ein in der Zeichnung nicht dargestellter Zulauf vorgesehen ist. Um den Druck der Stützflüssigkeit in der Abbaukammer 3 weitestgehend konstanthalten zu können, ist im oberen Teil der Querwand 2 eine mit einem kompressiblen Medium - z.B. Luft - unter einem vorgewählten Druck beaufschlagte Ausgleichskammer 39 vorgesehen, die zu einem Teil mit der Stützflüssigkeit gefüllt ist. Die Ausgleichskammer 39 kommuniziert mit der Abbaukammer 3 derart, daß zum Ausgleich von Volumenänderungen der Abbaukammer 3 Stützflüssigkeit zwischen den Kammern ein Austausch an Stützflüssigkeit stattfindet. Bei größeren Volumenänderungen der Abbaukammer oder bei einem erheblichen Verlust an Stützflüssigkeit durch die Ortsbrust kann der Druck in der Abbaukammer durch zusätzliches Zupumpen oder Absaugen von Stützflüssigkeit über den Zulauf eingestellt werden.
    Symmetrisch zur Mittelachse M des Vortriebsschildes 100 ist in der Querwand 2 über Kugellager 7 eine Trägerplatte 8 rotierbar gelagert und über einen Dichtring 9 gegen die Querwand 2 abgedichtet. Dem Rotationsantrieb der Trägerplatte 8 dient ein Hydraulikmotor 6.
    Um den halben Bohrungsradius von der Mittelachse M nach außen versetzt ist zum Abbau bzw. Lösen des an der Ortsbrust anstehenden Gesteins ein Abbauarm 10 angeordnet, der einen um die Längsachse L des Abbauarmes drehbaren Schneidkopf 11 umfaßt und an der Trägerplatte mittels einer Gelenkanordnung 12 um eine parallel zu der durch die der Ortsbrust zugewandten Oberfläche der Trägerplatte 8 und senkrecht zu einer radial vom Drehpunkt der Trägerplatte die Längsachse L des Abbauarmes schneidenden Schwenkachse schwenkbar gelagert ist. Das Verschwenken des Abbauarmes 10 erfolgt durch einen an der Rückseite der Trägerplatte 8 angeordneten Hydraulikzylinder 13. Das hintere Ende 14 des Abbauarmes 10 ist durch die Trägerplatte 8 in den hinteren Teil 4 des Vortriebsschildes 100 durch eine in die Trägerplatte 8 eingearbeitete Öffnung 15 hindurchgeführt. Zur Abdichtung ist der im Bereich der Öffnung befindliche Teil des Abbauarmes 10 als kugelförmiger Sitz 16 ausgeführt und über eine ringförmige Dichtungsanordnung 17 gegen die Trägerplatte 8 abgedichtet.
    Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vortriebsschildes 100 umfaßt der Abbauarm zwei teleskopartig ineinandergreifende Armsegmente 10',10", mittels derer die Länge des Abbauarmes - wie anhand der gestrichelt in Fig. 1 eingezeichneten verschiedenen Positionen des Abbauarmes 10 und des Schneidkopfs 11 ersichtlich - zum Beispiel mit Hilfe hydraulischer Stellglieder, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, varriiert werden kann.
    Durch den Abbauarm 10 und den Schneidkopf 11 erstreckt sich ein bis zum hinteren Ende 14 des Abbauarms 10 reichendes Absaugrohr 18, welches das abgebaute Bodenmaterial unmittelbar an der Abbau- bzw. Schnittstelle aufnimmt und mit einer im hinteren Teil 4 des Vortriebsschildes 100 angeordneten, nicht dargestellten Förderpumpe verbunden ist.
    Oberhalb des Abbauarmes 10 weist die Trägerplatte 8 einen in Richtung der Bohrungsachse verbreiterten Bereich 19 auf, in welchem eine Lageröffnung 20 eingearbeitet ist, welche der Lagerung einer entlang einer Verlagerungsachse V in der Lageröffnung 20 verschiebbaren Arbeitskammer 21 dient. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Vortriebsschild befindet sich die Verlagerungsachse V oberhalb der Mittelachse M des Vortriebsschildes und verläuft - von vorn nach hinten betrachtet - leicht schräg nach oben. Die Arbeitskammer 21 weist bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ein zylindersegmentförmiges Gehäuse 22 auf, dessen untere Abflachung 23 im vorderen Bereich 24 eine nach unten gerichtete Öffnung 25 aufweist. Der hintere Bereich 26 der Arbeitskammer 21 ist als Personendoppelschleuse 27 ausgebildet. Die Arbeitskammer 21 ist auf eine in der Zeichnung nicht dargestellte Weise mit einer ebenfalls nicht dargestellten Vorrichtung zur Beaufschlagung der Arbeitskammer 21 mit einem fluiden Medium, welches den Zugang von Personen in die Arbeitskammer 21 zuläßt, wie zum Beispiel Preßluft oder Wasser, verbunden. Während der in Fig. 1 durchgezogen dargestellten hinteren Stellung der Arbeitskammer 21 ist die untere Öffnung 25 von der unteren Lagerfläche 28 der Lageröffnung 20 vollständig überdeckt und sowohl zur Abbaukammer 3 als auch zum hinteren Teil 4 des Vortriebsschildes über Dichtungsringe 29, die sich um den gesamten Umfang des Gehäuses 22 der Arbeitskammer 21 erstrecken, abgedichtet. In dieser Stellung der Arbeitskammer 21 kann Bedienpersonal über die Doppelschleuse 27 in den vorderen Bereich 24 der Arbeitskammer gelangen und anschließend diese mit einem geeigneten fluiden Medium unter einem Druck gefüllt werden, welcher dem Druck der in der Abbaukammer 3 befindlichen Abstützflüssigkeit entspricht. Anschließend kann die Arbeitskammer 21 mit Hilfe eines in ihrem Zentrum vorgesehenen Vorschubzylinders 30 in die in Fig. 1 gestrichelt dargestellte Position verlagert werden, bei der die untere Öffnung 25 der Arbeitskammer 21 freigegeben ist. In die Öffnung kann dann - wie ebenfalls in der Zeichnung gestrichelt dargestellt ist - durch Verschwenken und entsprechende Längenanpassung des Abbauarmes der an seinem vorderen Ende angeordnete Schneidkopf in die Arbeitskammer eingeführt werden.
    Da das in der Arbeitskammer befindliche fluide Medium den gleichen Druck aufweist wie das in der Abbaukammer befindliche Stützmedium zum Abstützen der Ortsbrust 5, dringt dieses nicht oder nur geringfügig in die lediglich nach unten geöffnete Arbeitskammer 21 ein, und das Bedienpersonal kann Wartungs- oder Instandsetzungsarbeiten an dem Schneidkopf 11 vornehmen, ohne daß es dazu einem Absenken der Abstützflüssigkeit in der Abbaukammer 3 bedarf.
    Im vorderen Bereich 24 der Arbeitskammer 21 ist des weiteren eine durch ihre Öffnung absenkbare Greifeinrichtung 31 vorgesehen, welche für die Aufnahme eines demontierten Schneidkopfes oder in der Zeichnung nicht dargestellter größerer Abraumstücke vorgesehen ist.
    Das Gehäuse 22 der Arbeitskammer 21 weist eine vordere Stirnseite 32 auf, welche über den äußeren Umfang des zylindersegmentförmigen Gehäuses 22 übersteht und somit gleichzeitig der zusätzlichen Abstützung der Ortsbrust 5 dient, wenn die Arbeitskammer 21 so weit in die Abbaukammer 3 hineingeschoben wird, daß die Stirnseite 32 an der Ortsbrust 5 anliegt.
    Zur weiteren Abstützung der Ortsbrust 5 während in der Abbaukammer 3 vom Bedienpersonal durchzuführender Arbeiten ist an dem feststehenden Teil 2' der Querwand 2 ein mittels Hydraulikzylindern 33 ausklappbarer mechanischer Brustverbau 34 vorgesehen, mittels welchem bei dem in der Zeichnung dargestellten Vortriebsschild der Randbereich der Ortsbrust 5 in ihrem oberen Bereich zusätzlich abstützbar ist.
    In dem feststehenden Teil 2' der Querwand 2 ist oberhalb der Arbeitskammer 21 des weiteren eine Personendoppelschleuse 35 angeordnet, durch die - falls notwendig - nach Absenken der Abstützflüssigkeit Bedienpersonal direkt in die Abbaukammer 3 gelangen kann. Im unteren Bereich des feststehenden Teils 2' der Querwand 2 ist des weiteren eine Steinschleuse 36 vorgesehen, durch welche größere Abraumstücke in den hinteren Teil 4 des Vortriebsschildes gebracht werden können.
    Der Vortrieb des Vortriebsschildes erfolgt über an dem feststehenden Teil 2 der Querwand 2' angreifende hydraulische Vorschubzylinder 37, die sich mit ihrem anderen Ende an der Stirnseite des bereits bestehenden Tübbing-Ausbaus 38 abstützen. Während des Gesteinsabbaus wird der Vortriebsschild entweder kontinuierlich vorgedrückt, oder Abbau und Vorschub erfolgen nacheinander. Dann ist eine wesentliche Beschleunigung des Vortriebes dadurch erreichbar, daß der Boden zunächst nur entlang der die Schildschneide 39 bildenden vorderen Stirnkante des Schildmantels 1 abgefräst wird, wozu der Schneidkopf 11 in die in Fig. 1 gestrichelt dargestellte, exponierte Lage gebracht wird und anschließend durch Drehung der Trägerplatte entlang der Schildschneide bewegt wird. Ist das Gesteinsmaterial entlang der Schildschneide um eine Tübbing-Breite abgefräst worden, so kann bereits ein weitere Tübbing-Ausbau 38 erfolgen, während durch entsprechendes Verschwenken des Abbauarmes 20 und Verdrehen der Trägerplatte 8 der noch bestehende Kern in der Mitte der Ortsbrust abgebaut werden.
    Betrifft das anhand der Zeichnung beschriebene Ausführungsbeispiel lediglich einen Vortriebsschild mit einem kreisrunden Querschnitt, so ist es jedoch durch Verwendung eines Schildmantels mit entsprechend anderem Querschnitt ebenfalls möglich, mit einem erfindungsgemäßen Vortriebsschild beliebige andere Profile durch eine angepasste Steuerung des Abbauarmes und der Trägerplatte aufzufahren.

    Claims (15)

    1. Vortriebsschild mit einer im Schildvorderteil durch eine Querwand (2) nach hinten abgedichteten, nach vorn durch die Ortsbrust (5) begrenzten Abbaukammer (3) und mindestens einem in dieser angeordneten, zum Abbau des an der Ortsbrust (5) anstehenden Bodenmaterials dienenden, unter Abdichtung an der Querwand (2) gelagerten, längenverstellbaren Abbauarm (10), welcher einen drehbaren Schneidkopf (11) für das Bodenmaterial umfaßt, welcher beim Betrieb in einem in der Abbaukammer (3) enthaltenen, unter Druck stehenden Abstützmedium zu jeder Stelle der Ortsbrust (5) bewegbar ist,
         dadurch gekennzeichnet,
         daß in der Abbaukammer (3) eine mit einem fluiden Medium unter Druck setzbare, gegen den hinteren, druckfreien Teil (4) des Vortiebsschildes (100) über mindestens eine Personenschleuse (27) abgedichtete Arbeitskammer (21) vorgesehen ist, welche eine nach unten gerichtete Öffnung (25) aufweist, über die sie mit der Abbaukammer (3) kommuniziert.
    2. Vortriebsschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (25) eine zum Einführen des Schneidkopfes (11) geeignete Größe aufweist.
    3. Vortriebsschild nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer (21) ein separates Kammergehäuse (22) aufweist, welches in einer in der Querwandung vorgesehenen Lageröffnung (20) ruht und aus der innerhalb der Abbaukammer (3) befindlichen Position wahlweise in Richtung einer Verlagerachse (V), die etwa in Richtung der Mittelachse (M) des Vortriebsschildes (100) verläuft, in eine im wesentlichen außerhalb der Abbaukammer (3) befindliche Position unter Abdichtung gegenüber der Lageröffnung (20) verlagerbar ist.
    4. Vortriebsschild nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrum der Lageröffnung (20) oberhalb der Mittelachse (M) des Vortriebsschildes (100) angeordnet ist und die Verlagerachse (V) von der Ortsbrust (5) aus gesehen leicht schräg nach oben verläuft.
    5. Vortriebsschild nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Öffnung (25) der Arbeitskammer (21) zugewandte Lagerfläche (28) der Lageröffnung (20) in der im wesentlichen außerhalb der Abbaukammer (3) befindlichen Position der Arbeitskammer (21) die Öffnung (25) vollständig überdeckt und die Arbeitskammer (21) gegen die Umgebung dichtwirkend abschließt.
    6. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der Ortsbrust (5) zugewandte Stirnwandung des Kammergehäuses als senkrecht zur Mittelachse des Vortriebsschildes verlaufende Stützwandung (32) ausgebildet ist und die Arbeitskammer (21) soweit in die Abbaukammer (3) verlagerbar ist, daß die Außenfläche der Stirnwandung (32) gegen die Ortsbrust (5) preßbar ist.
    7. Vortriebsschild nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die der Ortsbrust (5) zugewandte Stirnwandung (32) des Kammergehäuses (22) über den Außenumfang der Arbeitskammer (21) hinaus erstreckt.
    8. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlagerung der Arbeitskammer eine Hydraulikzylinder (30) dient.
    9. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Arbeitskammer (21) eine durch ihre Öffnung (25) absenkbare Greifeinrichtung (31) zur Aufnahme eines Schneidkopfes (11) oder größerer Abraumstücke vorgesehen ist.
    10. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Abbauarm (10) zumindest um eine Schwenkachse verschwenkbar außerhalb der Mitte auf einer kreisförmigen Trägerplatte (8) angeordnet ist, welche etwa um die Mittelachse (M) rotierbar und dichtwirkend in der Querwandung (2) gelagert ist.
    11. Vortriebsschild nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Abbauarm (10) um genau eine Schwenkachse verschwenkbar ist.
    12. Vortriebsschild nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse parallel zu der durch die der Ortsbrust (5) zugewandten Oberfläche der Trägerplatte (8) und senkrecht zu einer radial vom Drehpunkt der Trägerplatte die Längsachse (L) des jeweiligen Abbauarmes (10) schneidenden Geraden verläuft.
    13. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbauarm (10) radial nach außen von der Mittelachse (M) des Vortriebsschildes (100) etwa um den halben Bohrungsradius versetzt auf der Trägerplatte (8) angeordnet ist.
    14. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verschwenken des Abbauarms (10) eine hydraulische Einrichtung (13) vorgesehen ist.
    15. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere unabhängig voneinander verschwenkbare Abbauarme auf der Trägerplatte angeordnet sind.
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