EP0974732A1 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Vortreiben und gleichzeitigen Ausbauen eines Tunnels - Google Patents

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EP0974732A1
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telescopic
shields
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Fred Gutberlet
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
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    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/1093—Devices for supporting, advancing or orientating the machine or the tool-carrier
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    • 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 and a device to advance and expand one in loose rock creating tunnels with segments made up of segments Segment rings with the help of a shield tunneling machine.
  • Loose stone means the whole within the scope of the invention Loose rock area with its cohesive and non-cohesive Floors.
  • the corresponding main types of soil are the gravel, Sands, silt and clays and their mixed soils.
  • the shield tunneling machine is in coarse-grained, fine-grained and mixed-grain soil types can be used both above as well as below the water table.
  • the invention has for its object a continuous Jacking without mandatory breaks for segment installation to enable.
  • the invention teaches in procedural terms A continuous process Advance and simultaneously expand one in loose rock tunnels to be created with segments from the segment assembled segment rings with the help of a shield tunneling machine, one lead sign, one via lead presses connected to the leader and over Telescopic presses with a larger size than the leading presses
  • the middle plate can be supported with a hub on the tubbing extension radially back and forth movable shields and one with has the trailing shield connected to the center shield, wherein in a first stage, based on extended lead presses, retracted telescopic presses and retracted
  • the telescopic presses are extended to press jacks and the lead presses are retracted and in one subsequent second stage after extending and locking the press shields on the tunnel wall, the lead presses for the further driving can be extended and after pulling forward a further segment ring was installed in the telescopic presses becomes.
  • the invention is based on the knowledge that through the Creation of an additional, independent of the segmental lining Possibility of intercepting the driving forces via the press shields are now continuously driven can be carried out and for the segment ring installation no more mandatory breaks are required. As a result the invention thus leads to a faster and less expensive Driving and expanding a tunnel.
  • the subject of the invention is also one Device for carrying out the method according to the invention, the radially forward and with the help of press rams retractable press shields with additional guide rods guided in guide columns and with the help of wedge presses are fixable, the wedge pieces between the free ends of the guide rods and rigid shield abutments are arranged.
  • This embodiment uses simple Means a trouble-free derivation of the driving forces guaranteed on the tunnel wall; Constraints and Deadlocks are safely prevented. Generally is it is perfectly sufficient if only two are horizontal back and forth movable shields are provided.
  • the wedge presses are perpendicular to the longitudinal axis of the Middle shield arranged, in particular so that each two wedge presses in opposite directions against each other work, which increases the corresponding pressure forces as it were pick up.
  • the middle shield a circumferential along the recess edge of his press shields have self-cleaning seal that from the Inside of the center shield is replaceable.
  • Middle shield and trailing shield could basically become one only part of the shield can be united.
  • the arrangement will be made so that the middle shield with its front end in the leading shield is arranged and the trailing plate has a diameter smaller than the diameter of the leader plate. In this respect, it is favorable if the trailing plate with his front end is arranged in the middle shield.
  • the shield tunneling machine is used for continuous advancement and at the same time expanding one in loose rock tunnels to be created with segments made up of segments Segment rings 1.
  • Fig. 1 shows, the Tunneling machine in its basic structure a leading sign 2, a middle sign 3 and a trailing sign 4 on.
  • the middle shield 3 shows something smaller diameter than the leader plate 2 and is with its front end with the interposition of one circumferential plug seal 5 arranged in the lead shield 2.
  • the trailing plate 4 shows something smaller diameter than the middle shield 3 and is the trailing plate 4 with its front end under Interposition of a further all-round plug seal 6 arranged in the middle shield 3.
  • the middle shield 3 is over Leading presses 7, which are distributed over the circumference of the shield are connected to the leader 3 and over Telescopic presses 8, which are also about the shield circumference are distributed, can be supported on the tubbing extension 9.
  • These lead presses 7 work with half the stroke Telescopic presses 8, while the latter operate with a lift, the length of a (measured in the longitudinal direction of the tunnel) Segment ring 1 corresponds (see Fig. 3).
  • the middle shield 3 and the trailing plate 4 are via coupling presses 10 connected to each other, which in turn over the shield circumference are distributed.
  • the middle plate is 3 with two radially or horizontally movable back and forth shields 11 provided.
  • Moving this back and forth Press shields 11 each serve four press punches 12 which on the one hand in the area of the corners of the press shields 11 attack this and on the other hand on a shield bracing 13 are attached.
  • each press label 11 next to the press ram 12 with four guide rods 14 provided, which are guided in guide columns 15.
  • the extended ones Press shields 11 are used to relieve the press ram 12 fixable with wedge presses 16, the wedge pieces 17th between the free ends of the guide rods 14 and rigid shield 18 are arranged.
  • the wedge presses 16 are perpendicular to Longitudinal axis 19 of the middle shield 3 arranged, each two wedge presses 16 work against each other.
  • Fig. 2 can also be seen that the middle plate 3 along the Recessing edge 20 of its press shields 11 a circumferential has self-cleaning seal 21, which is from the inside of the middle shield 3 is replaceable.

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Abstract

Zum kontinuierlichen Vortreiben und gleichzeitigen Ausbauen eines in Lockergestein zu erstellenden Tunnels mit aus Tübbingsegmenten zusammengesetzten Tübbingringen (1) wird mit einer Schildvortriebsmaschine gearbeitet, die einen Vorlaufschild (2), einen über Vorlaufpressen (7) mit dem Vorlaufschild (2) verbundenen und über Teleskoppressen (8) mit gegenüber den Vorlaufpressen (7) vergrößertem Hub am Tübbingausbau (9) abstützbaren Mittelschild (3) mit radial vor- und zurückbewegbaren Preßschilden (11) und einen mit dem Mittelschild (3) verbundenen Nachlaufschild (4) aufweist. In einer ersten Stufe werden ausgehend von ausgefahrenen Vorlaufpressen (7), eingefahrenen Teleskoppressen (8) und zurückgezogenen Preßschilden (11) zum Vortrieb die Teleskoppressen (8) ausgefahren und die Vorlaufpressen (7) eingefahren. In einer nachfolgenden zweiten Stufe werden nach Ausfahren und Festsetzen der Preßschilde (11) an der Tunnelwandung die Vorlaufpressen (7) für den weiteren Vortrieb ausgefahren und nach Vorziehen der Teleskoppressen (8) die Tübbingsegmente eines weiteren Tübbingringes (1) eingebaut. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vortreiben und Ausbauen eines in Lockergestein zu erstellenden Tunnels mit aus Tübbingsegmenten zusammengesetzten Tübbingringen mit Hilfe einer Schildvortriebsmaschine.
Lockergestein meint im Rahmen der Erfindung den gesamten Lockergesteinsbereich mit seinen bindigen und nichtbindigen Böden. Die entsprechenden Hauptbodenarten sind die Kiese, Sande, Schluffe und Tone und deren Mischböden. Die Schildvortriebsmaschine ist also in grobkörnigen, feinkörnigen und gemischtkörnigen Bodenarten einsetzbar und zwar sowohl oberhalb als auch unterhalb des Grundwasserspiegels.
Im Rahmen der aus der Praxis allgemein bekannten Maßnahmen der genannten Art wird regelmäßig mit Schildvortriebsmaschinen gearbeitet, deren Vortriebspressen sich beim Vortrieb am zuletzt eingebauten Tübbingring abstützen, so daß der Einbau weiterer Tübbingringe nur in Vortriebspausen möglich ist (vgl. z.B. DE 42 25 838 C2). Alles das ist verhältnismäßig zeitaufwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kontinuierlichen Vortrieb ohne Zwangspausen für den Tübbingeinbau zu ermöglichen.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung in verfahrensmäßiger Hinsicht ein Verfahren zum kontinuierlichen Vortreiben und gleichzeitigen Ausbauen eines in Lockergestein zu erstellenden Tunnels mit aus Tübbingsegmenten zusammengesetzten Tübbingringen mit Hilfe einer Schildvortriebsmaschine, die einen Vorlaufschild, einen über Vorlaufpressen mit dem Vorlaufschild verbundenen und über Teleskoppressen mit gegenüber den Vorlaufpressen vergrößertem Hub am Tübbingausbau abstützbaren Mittelschild mit radial vor- und zurückbewegbaren Preßschilden und einen mit dem Mittelschild verbundenen Nachlaufschild aufweist, wobei in einer ersten Stufe ausgehend von ausgefahrenen Vorlaufpressen, eingefahrenen Teleskoppressen und zurückgezogenen Preßschilden zum Vortrieb die Teleskoppressen ausgefahren und die Vorlaufpressen eingefahren werden und in einer nachfolgenden zweiten Stufe nach Ausfahren und Festsetzen der Preßschilde an der Tunnelwandung die Vorlaufpressen für den weiteren Vortrieb ausgefahren werden und nach Vorziehen der Teleskoppressen ein weiterer Tübbingring eingebaut wird. - Nach bevorzugter Ausführungsform werden die Vorlaufpressen mit dem halben Hub der Teleskoppressen und die Teleskoppressen mit einem der Länge eines Tübbingringes entsprechenden Hub ein- und ausgefahren. Im übrigen empfiehlt es sich, zum Einbauen eines Tübbingringes, wie bekannt, nur die zugeordneten Teleskoppressen vorzuziehen, d.h., die übrigen Teleskoppressen in Anlage an den übrigen Tübbingsegmenten zu belassen.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß durch die Schaffung einer zusätzlichen, vom Tübbingausbau unabhängigen Möglichkeit des Abfangens der Vortriebskräfte über die Preßschilde nunmehr ein kontinuierlicher Vortrieb durchgeführt werden kann und für den Tübbingringeinbau keine Zwangspausen mehr erforderlich sind. Im Ergebnis führt die Erfindung so zu einem schnelleren und kostengünstigeren Vortrieb und Ausbau eines Tunnels.
Gegenstand der Erfindung ist, wie schon gesagt, auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die mit Hilfe von Preßstempeln radial vor- und zurückbewegbaren Preßschilde mit zusätzlichen Führungsstäben in Führungssäulen geführt und mit Hilfe von Keilpressen festsetzbar sind, deren Keilstücke zwischen den freien Enden der Führungsstäbe und Schildsteifewiderlagern angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform wird mit einfachen Mitteln eine störungsfreie Ableitung der Vortriebskräfte auf die Tunnelwandung gewährleistet; Zwängungen und Verklemmungen sind sicher unterbunden. Im allgemeinen ist es vollkommen ausreichend, wenn lediglich zwei horizontal vor- und zurückbewegbare Preßschilde vorgesehen sind. Vorzugsweise sind die Keilpressen senkrecht zur Längsachse des Mittelschildes angeordnet, und zwar insbesondere so, daß je zwei Keilpressen in entgegengesetzten Richtungen gegeneinander arbeiten, wodurch sich die entsprechenden Druckkräfte gleichsam aufheben. Im übrigen sollte der Mittelschild längs des Aussparungsrandes seiner Preßschilde eine umlaufende selbstreinigende Dichtung aufweisen, die von der Innenseite des Mittelschildes her ersetzbar ist. Mittelschild und Nachlaufschild könnten grundsätzlich zu einem einzigen Schildteil miteinander vereinigt sein. Zwecks besserer Lenkbarkeit der Schildvortriebsmaschine empfiehlt es sich jedoch, den Mittelschild und den Nachlaufschild über Koppelpressen miteinander zu verbinden. Jedenfalls wird man die Anordnung zweckmäßigerweise so treffen, daß der Mittelschild mit seinem vorderen Ende im Vorlaufschild angeordnet ist und der Nachlaufschild einen Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Vorlaufschildes aufweist. Insoweit ist es günstig, wenn der Nachlaufschild mit seinem vorderen Ende im Mittelschild angeordnet ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung
Fig. 1
eine Schildvortriebsmaschine im Längsschnitt,
Fig. 2
in detaillierterer Form einen Teil eines um 90° gedrehten Schnittes A-A durch den Gegenstand der Fig. 1 und
Fig. 3
die Wirkungsweise des Gegenstandes der Fig. 1 und 2.
Die Schildvortriebsmaschine dient dem kontinuierlichen Vortreiben und gleichzeitigen Ausbauen eines in Lockergestein zu erstellenden Tunnels mit aus Tübbingsegmenten zusammengesetzten Tübbingringen 1. Wie Fig. 1 zeigt, weist die Tunnelvortriebsmaschine in ihrem grundsätzlichen Aufbau einen Vorlaufschild 2, einen Mittelschild 3 und einen Nachlaufschild 4 auf. Der Mittelschild 3 weist einen etwas kleineren Durchmesser als der Vorlaufschild 2 auf und ist mit seinem vorderen Ende unter Zwischenschaltung einer umlaufenden Stopfdichtung 5 im Vorlaufschild 2 angeordnet. Entsprechend weist der Nachlaufschild 4 einen etwas kleineren Durchmesser als der Mittelschild 3 auf und ist der Nachlaufschild 4 mit seinem vorderen Ende unter Zwischenschaltung einer weiteren umlaufenden Stopfdichtung 6 im Mittelschild 3 angeordnet. Der Mittelschild 3 ist über Vorlaufpressen 7, die über den Schildumfang verteilt angeordnet sind, mit dem Vorlaufschild 3 verbunden und über Teleskoppressen 8, die ebenfalls über den Schildumfang verteilt angeordnet sind, am Tübbingausbau 9 abstützbar. Diese Vorlaufpressen 7 arbeiten mit dem halben Hub der Teleskoppressen 8, während letztere mit einem Hub arbeiten, der der (in Tunnellängsrichtung gemessenen) Länge eines Tübbingringes 1 entspricht (vgl. Fig. 3). Der Mittelschild 3 und der Nachlaufschild 4 sind über Koppelpressen 10 miteinander verbunden, die wiederum über den Schildumfang verteilt angeordnet sind.
Wie man aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 2 unschwer verifiziert, ist der Mittelschild 3 mit zwei radial bzw. horizontal vor- und zurückbewegbaren Preßschilden 11 versehen. Dem Vor- und Zurückbewegen dieser Preßschilde 11 dienen jeweils vier Preßstempel 12, die einerseits im Bereich der Ecken der Preßschilde 11 an diesen angreifen und andererseits an einer Schildaussteifung 13 befestigt sind. Zusätzlich ist jeder Preßschild 11 neben den Preßstempel 12 mit vier Führungsstäben 14 versehen, die in Führungssäulen 15 geführt sind. Die ausgefahrenen Preßschilde 11 sind zur Entlastung der Preßstempel 12 mit Keilpressen 16 festsetzbar, deren Keilstücke 17 zwischen den freien Enden der Führungsstäbe 14 und Schildsteifewiderlagern 18 angeordnet sind. Wie die Fig. 1 und 2 deutlich zeigen, sind die Keilpressen 16 senkrecht zur Längsachse 19 des Mittelschildes 3 angeordnet, wobei jeweils zwei Keilpressen 16 gegeneinander arbeiten. In Fig. 2 erkennt man ferner noch, daß der Mittelschild 3 längs des Aussparungsrandes 20 seiner Preßschilde 11 eine umlaufende selbstreinigende Dichtung 21 aufweist, die von der Innenseite des Mittelschildes 3 her ersetzbar ist.
Die Funktionsweise der beschriebenen Vorrichtung wird nunmehr anhand der Fig. 3 erläutert; gemäß Fig. 3a) wird in einer ersten Stufe davon ausgegangen, daß die Vorlaufpressen 7 ausgefahren, die Teleskoppressen 8 eingefahren und die Preßschilde 11 zurückgezogen sind. Zum Vortrieb werden nunmehr die Teleskoppressen 8 ausgefahren und dabei die Vorlaufpressen 7 durch Überdrücken eingefahren. Diesen Zustand zeigt Fig. 3b). In einer nunmehr nachfolgenden zweiten Stufe werden die Preßschilde 11 ausgefahren und an der Tunnelwandung festgesetzt. Daraufhin werden die Vorlaufpressen 7 für den weiteren Vortrieb ausgefahren. Zugleich wird ein weiterer Tübbingring 1 eingebaut, indem nacheinander die Teleskoppressen 8 der einzeln einzubauenden Tübbingsegmente vorgezogen werden, das Tübbingsegment eingebaut und anschließend die Teleskoppressen 8 wieder an letzterem abgestützt werden. Diesen Zustand zeigt Fig. 3c). Wie man feststellt, ist der Zustand gemäß Fig. 3c) derselbe wie der gemäß Fig. 3a), d.h., das beschriebene Spiel kann nunmehr von vorne beginnen.

Claims (11)

  1. Verfahren zum kontinuierlichen Vortreiben und gleichzeitigen Ausbauen eines in Lockergestein zu erstellenden Tunnels mit aus Tübbingsegmenten zusammengesetzten Tübbingringen (1) mit Hilfe einer Schildvortriebsmaschine, die einen Vorlaufschild (2), einen über Vorlaufpressen (7) mit dem Vorlaufschild (2) verbundenen und über Teleskoppressen (8) mit gegenüber den Vorlaufpressen (7) vergrößertem Hub am Tübbingausbau (9) abstützbaren Mittelschild (3) mit radial vor- und zurückbewegbaren Preßschilden (11) und einen mit dem Mittelschild (3) verbundenen Nachlaufschild (4) aufweist, wobei in einer ersten Stufe ausgehend von ausgefahrenen Vorlaufpressen (7), eingefahrenen Teleskoppressen (8) und zurückgezogenen Preßschilden (11) zum Vortrieb die Teleskoppressen (8) ausgefahren und die Vorlaufpressen (7) eingefahren werden und in einer nachfolgenden zweiten Stufe nach Ausfahren und Festsetzen der Preßschilde (11) an der Tunnelwandung die Vorlaufpressen (7) für den weiteren Vortrieb ausgefahren werden und nach Vorziehen der Teleskoppressen (8) ein weiterer Tübbingring (1) eingebaut wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vorlaufpressen (7) mit dem halben Hub der Teleskoppressen (8) und die Teleskoppressen (8) mit einem der Länge eines Tübbingringes (1) entsprechenden Hub ein- und ausgefahren werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zum Einbauen eines Tübbingringes (1) nur die zugeordneten Teleskoppressen (8) vorgezogen werden.
  4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mit Hilfe von Preßstempeln (12) radial vor- und zurückbewegbaren Preßschilde (11) mit zusätzlichen Führungsstäben (14) in Führungssäulen (15) geführt und mit Hilfe von Keilpressen (16) festsetzbar sind, deren Keilstücke (17) zwischen den freien Enden der Führungsstäbe (14) und Schildsteifewiderlagern (18) angeordnet sind.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei zwei horizontal vor- und zurückbewegbare Preßschilde (11) vorgesehen sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Keilpressen (15) senkrecht zur Längsachse (19) des Mittelschildes (3) angeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei je zwei Keilpressen (16) gegeneinander arbeitend angeordnet sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der Mittelschild (3) längs des Aussparungsrandes (20) seiner Preßschilde (11) eine umlaufende selbstreinigende Dichtung (21) aufweist, die von der Innenseite des Mittelschildes (3) her ersetzbar ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei der Mittelschild (3) und der Nachlaufschild (4) über Koppelpressen (10) miteinander verbunden sind.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei der Mittelschild (3) mit seinem vorderen Ende im Vorlaufschild (2) angeordnet ist und der Nachlaufschild (4) einen Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Vorlaufschildes (2) aufweist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Nachlaufschild (4) mit seinem vorderen Ende im Mittelschild (3) angeordnet ist.
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