NL1016830C2 - Tunnelboorinrichting: een werkwijze voor het gebruik daarvan. - Google Patents

Description

TUNNELBOORINRICHTING:

EEN WERKWIJZE VOOR HET GEBRUIK DAARVAN

5 De onderhavige aanvrage heeft betrekking op een tunnelboorinrichting. Een dergelijke inrichting omvat in het algemeen een boorschild met aan de achterzijde een daaraan aansluitend buisvormig gestel. In het boorschild zijn middelen aanwezig waarmee grond losgemaakt en afge-10 voerd kan worden. De inrichting wordt bij gebruik in de grond opgesteld, terwijl de middelen die voor het losmaken van de grond werkzaam zijn naar voren geperst worden, zodat een tunnel wordt gegraven met een doorsnede gelijk aan die van het boorschild.

15 Voor het stabiliseren van de te graven tunnel- wand is het bekend om de tunnelwand te bekleden met betonsegmenten die samen ringen vormen welke voldoende stijf zijn om de gronddruk op te kunnen nemen. Bij het vooruit persen van de tunnelboorinrichting zet deze zich 20 af tegen de geplaatste segmenten en, wanneer de inrichting voortbewogen is over de langsmaat van een segment, wordt een nieuwe reeks segmenten geplaatst en wordt opnieuw de tunnelboorinrichting vooruit geperst voor het graven van het volgende gedeelte van de tunnel.

25 Het toevoeren van de segmenten geeft logistieke problemen, in het bijzonder wanneer de tunnel een behoorlijke lengte krijgt.

Cm die reden is reeds gepoogd om het buisvormige gestel als glijbekisting uit te voeren en de tunnel-3 0 wand ter plekke te storten. Gebleken is echter dat het zeer moeilijk is om een tunnelwand van voldoende kwaliteit op die manier te verkrijgen. Zodra op één plek onvoldoende beton is aangebracht ontstaat direct het probleem van sterke grondwaterlekkage waardoor de werk-35 zaamheden ernstig kunnen worden vertraagd en bemoeilijkt.

De uitvinding beoogt dan ook een tunnelboorinrichting en een werkwijze voor het gebruik daarvan te 2 verschaffen waarmee op betrouwbare wijze een tunnelwand in situ gestort kan worden.

De tunnelboorinrichting en de werkwijze voor het gebruik daarvan waarmee dit kan worden bereikt blij -5 ken uit de volgende beschrijving aan de hand van de bij gevoegde figuren van een uitvoeringsvoorbeeld.

Figuur 1 toont schematisch een gedeeltelijk in langsdoorsnede weergegeven tunnelboorinrichting volgens de uitvinding.

10 Figuur 2 toont een detail van de inrichting van f iguur 1.

De tunnelboorinrichting 1 van figuur 1 omvat een boorschild 2 met een in hoofdzaak cirkelvormige doorsnede. Dit boorschild omvat een beiteldrager 3 die 15 door een aandrijving 6 roteerbaar aangedreven kan worden. Bij het roteren van de beiteldrager 3 wordt grond of rotsmateriaal losgemaakt en het losgemaakte materiaal komt terecht in de ruimte 5 voor een afgesloten scheidingswand 4. Het losmaken van de grond en het afvoeren 20 daarvan wordt vergemakkelijkt door het toevoeren van boorvloeistof via kanalen 8.

In de afgesloten scheidingswand 4 komt een afvoerkanaal 9 uit waarlangs het losgemaakte materiaal naar achteren wordt afgevoerd.

25 Het zal duidelijk zijn dat voor de scheidings wand 4 een druk heerst en in stand gehouden wordt die overeenkomt met in hoofdzaak de grondwaterdruk op het niveau waarop wordt gewerkt. Tezamen met het losgemaakte bodemmateriaal wordt eveneens een hoeveelheid water 30 afgevoerd die bij het transport van het materiaal helpt.

Indien zich een probleem aan het boorfront voordoet, bijvoorbeeld wanneer beitels vervangen moeten worden, wordt de druk verlaagd en kan een onderhoudsper-soon via een sluis 7 in de tussenruimten en bij de bei-35 teldrager 3 komen om daar de benodigde werkzaamheden uit te voeren.

3

De hier gegeven beschrijving van de werking van een boorschild is zeer summier en dient slechts voor een algemeen begrip.

Zoals figuur 1 laat zien is het buisvormige 5 gestel op een beperkte afstand van het boorschild verjongd, waardoor tussen het verjongde gedeelte van het buisvormige gestel 10 en de geboorde tunnelwand een ringvormige sleuf 11 ontstaat. Deze ringvormige sleuf 11 wordt met beton gevuld teneinde de tunnelwand 12 te 10 vormen.

Het tijdens het boren naar voren persen van de tunnelboorinrichting geschiedt met persmiddelen in de vorm van hydraulische perscilinders 16. Deze zijn vast verbonden met het buisvormige gestel en steunen tegen een 15 steunring 13 die door middel van vacuüm tegen de tunnelwand is vastgeklemd. Uiteraard zijn in de steunring geschikte afdichtingsmiddelen aangebracht teneinde een goede afdichting van het vacuüm te krijgen. Het vacuüm wordt opgewekt in een ringvormige ruimte 14 die met niet 20 nader getoonde vacuümzuigmiddelen 15 is verbonden.

Hierbij dient opgemerkt te worden dat de krachtoverbrenging op de tunnelwand vlak achter het buisvormige gestel 10 zeer zorgvuldig moet geschieden aangezien de sterkte van het beton, bij een normale 25 booroperatie nog zeer beperkt zal zijn, gezien het feit dat voor het volledig uitharden van beton een periode van 4 weken staat. Door echter de steunring 13 voldoende breed te maken kan bij een geringe contactkracht toch voldoende totale kracht worden opgewekt om de perskracht 30 van de cilinder 16 zonder schade over te brengen op de reeds gevormde tunnelwand.

Uiteraard zijn ook andere middelen mogelijk om de steunfunctie tegen de tunnelwand tot stand te brengen.

Het voor de tunnelwand benodigde beton wordt in 35 een betonmenginstallatie 20 gereed gemaakt, die zich op een aanzienlijke afstand van het boorschild 2 bevindt. Deze afstand is nodig omdat ter plekke van het boorschild reeds vele, hier niet getoonde, installaties aanwezig ./'!> .« 'Cr ; l '·' ! 4 zijn voor het doen werken van het boorschild. Bij een tunneldiameter in grootte-orde van 10 meter, kan de betonmenginstallatie 20 vele tientallen meters, bijvoorbeeld 80 meter, naar achteren zijn opgesteld.

5 De beton menginstallatie omvat op gebruikelijke wijze voorraadsilo's 21 en 22 voor zand, grind en uiteraard eveneens voor cement. Verder kunnen toeslagstoffen in silo's aanwezig zijn.

Gedoseerde hoeveelheden zand, grind, cement en 10 toeslagstoffen worden in de menger 23 gebracht en met water gemengd. Zodra de stoffen goed gemengd zijn wordt het vervaardigde beton met behulp van een betonpomp 24 via leiding 25 naar een voorraadvat 26 voorbij het boorschild gepompt. Van dit voorraadvat 26 strekken zich een 15 aantal, bijvoorkeur ten minste 8 injectieleidingen 27 uit die naar injectoren 28 leiden welke het beton in de ringvormige ruimte injecteren. Het voorraadreservoir 26 kan bijvoorbeeld een inhoud hebben in de grootte- orde van 1,5 m3. Er wordt telkens een zodanige hoeveelheid 20 beton toegevoerd dat het voorraadreservoir niet geheel wordt gevuld. Om dit te centraleren is het voorraadreservoir 26 opgesteld op weegcellen 37 die met een nog nader te beschrijven meet- en regelinrichting 35 zijn verbonden.

25 In het voorraadreservoir 26 wordt een druk gehandhaafd die enigszins hoger is dan de gronddruk ter plekke van de uitstroomopeningen van de injectoren 28. Deze druk wordt ingesteld met behulp van perslucht die wordt toeg.jvoerd via een leiding 30. Deze leiding 30 is 30 verbonden met een persluchtreservoir 29 dat voldoende inhoud heeft om bij variaties in de hoeveelheid beton in het voorraadreservoir 26 de druk daarin toch nagenoeg constant te houden. Het persluchtreservoir 29 wordt op druk gehouden met behulp van een compressor 31. De inhoud 35 van het persluchtreservoir kan bijvoorbeeld ongeveer twee keer zo groot zijn als die, van het betonreservoir 26, teneinde een voldoende constante druk te kunnen handhaven .

5

Naar elk van de injectoren 2 8 strekt zich een injectieleiding 27 uit waarin een afsluiter 38 is opgenomen. Het voorraadreservoir 26 is op een hoge positie in het buisvormige gestel 10 geplaatst, zodat de druk in het 5 reservoir relatief beperkt kan blijven. Onder in de ringvormige ruimte 11 heerst uiteraard een aanzienlijk hogere druk ten gevolge van de statische druk van het beton over de hoogte van de geboorde tunnel.

Door de weegcellen 37 in combinatie met de meet 10 - en regelinrichting 35 wordt continue de hoeveelheid beton in het reservoir 26 vastgesteld. Wanneer dit beneden een bepaalde hoeveelheid daalt, zal de regelinrich-ting aan de betonmenginstallatie 20 een signaal zenden dat een nieuwe batch aangemaakt dient te worden zodat 15 tijdig de voorraad beton in het reservoir 26 wordt aangevuld.

Het beton stroomt uit het reservoir 26 door de leidingen 27 naar de injectoren 28 en vandaar in de ringvormige ruimte 11 ten gevolge van de overdruk in dit 20 reservoir 26.

Elk van de injectieleidingen 27 voert continue een stroom beton, uiteraard zolang de boorinrichting actief is en het boorschild zich voortgraaft. Kleine variaties in de betondebieten in de leidingen 27 zijn 25 aanvaardbaar, omdat de ringvormige ruimte 11 een open ruimte is en het eventueel via één leiding 27 te weinig aangevoerde beton aangevuld wordt met beton dat uit andere leidingen wordt toegevoerd.

Indien echter één van de leidingen 27 verstopt 30 zou raken, zou een situatie ontstaan waardoor de kwaliteit van de te vormen tunnelwand 12 in gevaar komt. Om te controleren of elk van de leidingen 27 op juiste wijze beton transporteert kan regelmatig een controle worden uitgevoerd. Deze controle verloopt als volgt. Eerst 35 worden alle afsluiters 38 gesloten en wordt bepaald hoeveel beton er in het reservoir 26 aanwezig is aan de hand van het signaal van de weegcellen 37. Vervolgens wordt ombeurten telkens één van de kleppen 38 geopend en *ni p f F Π-* , KJ 1 \ - v * 6 wordt de gewichtsafname van het beton in het reservoir 26 gemeten in een bepaalde tijdseenheid. Deze gewichtsafname komt overeen met de hoeveelheid beton die in die tijdseenheid door de leiding 27 is gevloeid. Aldus wordt 5 gecontroleerd of elk van de leidingen 27 voldoende beton transporteert en niet bijvoorbeeld door een plaatselijke verstopping is belemmerd.

Volgens de weergegeven voorkeursuitvoeringsvorm wordt bovendien tijdens het normale bedrijf de stroming 10 van beton door de leiding 27 ter plaatse van de injector 28 bewaakt met behulp van de een trillingsopnemer 36, die een microfoon kan zijn. Het signaal van deze trillingsopnemer of microfoon 36 wordt toegevoerd aan de meet - en regel inrichting 35. Aan de hand van bijvoorbeeld het 15 frequentiespectrum van het signaal van de opnemer 3 6 kan eenvoudig worden vastgesteld of een normale betonstroming door de leiding 27 plaatsvindt.

Zodra één van de opnemers 3 6 een afwijkende betonstroom detecteert, kan een waarschuwingssignaal 20 worden opgewekt dat via de signaalgever 39 wordt afgege-ven. Op dat moment kan een bedieningspersoon door het selectief in- en uitschakelen van afsluiters 38 de betreffende leiding 27 controleren en eventueel met verhoogde druk doorspoelen of op andere wijze vrijmaken.

25 Hoewel hier niet nader weergegeven, worden uiteraard voorzieningen getroffen voor het losnemen van de verschillende componenten van de betoninstallatie, teneinde deze van beton te kunnen reinigen op het moment dat de boorwerkzaamheden voor enige tijd worden stilge-30 legd.

Opgemerkt wordt dat de hier beschreven uitvoeringsvorm slechts een uitvoeringsvoorbeeld betreft en dat de specifieke maatregelen voor het toevoeren van het beton zoals hierboven beschreven op verschillende wijzen 35 kunnen worden uitgevoerd.

λ r·· -

Claims (9)

1. Inrichting voor het boren van een tunnel omvattende een buisvormig gestel, een aan een vooreinde van 5 het gestel aangebrachte boorinrichting, middelen voor het vormen van een tunnelwand en een nabij een achtereinde aangebrachte, op de gevormde tunnelwand aangrijpbare persinrichting, waarbij het buisvormig gestel vanaf een afstand van het vooreinde in diameter is verjongd, 10 injectiemiddelen voor het uitwendig van het verjongde gedeelte van het gestel injecteren van beton en betontoevoermiddelen voor het onder druk aan de injectiemiddelen toevoeren van betonmortel.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de 15 injectiemiddelen een aantal, nabij de verjonging over de omtrek van het buisvormige gestel aangebrachte injectoren omvat, die elk door een injectieleiding met de betontoevoermiddelen zijn verbonden.

3. Inrichting volgens conclusie 2, waarbij elke 20 injectieleiding is voorzien van een stromingsdetector, welke verbonden is met waarschuwingsmiddelen voor een afwijkende betonstroom in de injectieleiding.

4. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de betontoevoermiddelen een 25 betonmenginstallatie en een daarmee en met de injectiemiddelen verbonden betonpomp omvatten.

5. Inrichting volgens één van de conclusies 1-3, waarbij de betontoevoermiddelen een als drukvat uitgevoerd betonvoorraadreservoir omvatten en met het reservoir 30 verbonden persluchttoevoermiddelen voor het onder druk brengen van het reservoir.

6. Inrichting volgens conclusie 5, waarbij het voorraadreservoir op weegcellen is opgesteld, welke verbonden zijn met een meet- en regelinrichting die zodanig is uitgevoerd, dat deze de in het reservoir aanwezige 5 hoeveelheid beton vaststelt en bij het bereiken van een ondergrens van deze hoeveelheid de betonmenginstallatie activeert voor het aanmaken van een volgende hoeveelheid betonmortel.

7. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de 10 persinrichting omvat een in hoofdzaak ringvormige steunring met een enigszins kleinere diameter dan die van de tunnelwand en een aantal tussen deze steunring en het buisvormige gestel aangebrachte perscilinders, afdichtmiddelen voor het onder vorming van een ringvormige ruimte ten opzichte van de 15 tunnelwand af dichten van de steunring en met de ringvormige ruimte verbonden vacuümmiddelen.

8. Werkwijze voor het boren van een tunnel met een inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij tijdens het werkzaam zijn van de boorinrichting in de zich 20 ter plaatse van de verjonging vormende ringvormige ruimte betonmortel uitwendig van het gestel wordt geïnjecteerd, welke betonmortel uithardt tot een gesloten cilindrische tunnelwand, en waarbij de persinrichting aangrijpt op een uitgehard gedeelte van de tunnelwand, achter het achtereinde 25 van het buisvormige gestel.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, waarbij de stroming van betonmortel in de injectieleidingen wordt bewaakt.