NO783236L - Fremgangsmaate og innretning for bergdrift med skjoldfremdrift - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en innretning for arbeider

under dag, med et tunnelskjold som har en skjoldegg, en skjoldmantel og en skjoldhale, og med en tilsluttet forskaling for en betongforing.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for

arbeider under dag med sjoldfremdriving og oppbygging av en betong-tunnelforing umiddelbart bak skjoldet.

Tunneler og stolper i usikkert fjell tilveiebringes

ofte under utnyttelse av et av et sylinderformet rør bestående skjold som støtter fjellet i bryteområdet- og hindrer at tunnelen styrter sammen. Om nødvendig sikres også tunnelendeflaten med skjoldlignende plater. Tunnelskjoldet skyves fremover under brytingen. Bak tunnelskjoldet må tunnelprofilet så raskt som mulig avstøttes . Dette skjer ofte ved hjelp av veivede plater, eksempelvis av støpejern eller av stålbetong, som settes sammen til bærende ringer. Ved en etterfylling av hulrommene mellom ringene og fjellet kan fjelltrykket overføres til disse ringer.

Slike prefabrikerte ringer er dyre i fremstilling,

og transporten og oppsettingen er arbeidsintensiv. Ved da av armert betong fremstilte støtteringer, utgjør den for transport-fastheten nødvendige og for opptaket av tverrstrekspenninger som skyldes fremskyvningspressetrykket, nødvendige ekstra armering mer enn 50% av totalarmeringen. Det har vist seg at med støtte-ringer forede tunnelvegger kan deformere seg ,som følge av den ujevne påvirkningen fra fjelltrykket.

Det er derfor vært foreslått å':anvende plast ;støpt i betong istedenfor støtteringene, hvilken plast støpt betong føres inn umiddelbart bak skjoldet. Denne metodikk har man imidlertid hittil bare anvendt i enkelte tilfeller og bare i forbindelse med tunneler med mindre diameter. Under støpingen stoppet man fremdrivingen og brytingen, noe som naturlig nok er uønsket.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en innretning og en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte type, hvor man unngår disse ulemper. Særlig tar man sikte på åjmulig-gjøre en kontinuerlig fremdriving til tross for den etappevise fremstilling av foringen, slik at man ikke lenger periodisk må avbryte arbeidene ved tunnelendeflaten. Videre tar man sikte på med oppfinnelsen å oppnå at armeringen kan utelates, og i det minste skal kunne reduseres vesentlig.

Ifølge oppfinnelsen oppnår man dette ved en tunnelmaskin derved at skjoldhalen består av en fast med skjoldmantelen forbundet del og en i forhold til denne bevegelige del, ved at den bevegelige skjoldhaledel er delt opp i flere lameller som kan .trekkes frem enkeltvis i mantelen, og ved at forskalingen har flere, av veivede forskalingselementer' bestående forskalingsringer.

Ved en fordelaktig utførelsesform av oppfinnelsen er forskalingsringene forsynt med ringformede ribber og ved langsgående ribber for å tilveiebringe et raster av ringspor og langsgående spor i den ferdige betongforing. Ved hjelp av disse sporene deles tunnelforingsvelvet opp i enkeltblokker. Sporene danner svekningsfuger mellom disse blokkene. Under påvirkning av fjelltrykket og de derav følgende deformeringer, kan det langs disse sporene oppstå riss som begunstiger foringens tilpassing til det deformerende fjell. Det skyldes at de enkelte, med setningsrissene fra hverandre skilte blokker kan bevege seg litt i forhold til hverandre, på samme måte som ved en foring opp-bygget av enkelte velvformstener. En velvarmering kan man derfor i de fleste tilfeller helt utelate eller i det minste redusere sterkt, fordi det i disse blokkene praktisk talt ikke vil herske noen bøyespenninger.

Den nye fremgangsmåte er kjennetegnet ved at ved en i det vesentlige kontinuerlig skjoldfremdriving tilveiebringes det betongringer av plaststøpt betong etappevis bak skjoldet, at hertil en av flere veivede forskalingselementer bestående forskalingsring monteres segmentvist bak skjoldet og forbindes med en

hosliggende forskalingsring, og ved at betongen segmentvist,

fra sålen og opp til toppen, avvekslende høyre og venstre oppstigende, bringes inn mellom forskalingsringen og en i forhold til skjoldet bevegbart anordnet, av lameller bestående skjoldhaledel, idet under støpingen av et element den til dette tilordnede lamell i den bevegbare skjoldhaledel trekkes frem i skjoldet, slik at betongen kan få kontakt med fjellet i tunnelveggen.

Da betongen ikke må kunne trenge inn i det hulrom som etterlates av den kontinuerlig fremdrevne, faste skjoldhaledel, brytes fremskyvingen av den bevegbare skjoldhaledel i området til den herdende betong.

Uten den bevegbare skjoldhaledel ville det neppe være mulig å kunne fylle hulrommet fullstendig. Man kunne riktignok forsøke å fylle dette skjoldhalehulrom etterpå ved^hjelp av en innsprøytningsmasse, men selv med anvendelse av store trykk ville det neppe være mulig å tilveiebringe en så sikker avstøpning mellom fjellet og betongvelvingena at ingen betongdeler kunne bryte inn i innsprøytningsmassen og derved svekke den nystøpte betongstruktur. Ved forstyrrelser av fremdrivingen ville dessuten innsprøytningsmassen kunne stivne og bevirke en fast-klemming av skjoldhalen og i det minste ved gjenopptagelse av fremdrivingen ikke lenger kunne nåes frem til det isolerte skjold-halerom.

Disse ulemper unngår man ved den nye fremgangsmåte, fordi den bevegbare sk joldhaledel står stille i forhold til om?-givelseneounder den kontinuerlige f remdrivingen av skjoldet og først trekkes frem en etappelengde i skjoldet ved støpingen av betongen, hvoretter skjoldhaledelen igjen blir stående fast i forhold til omgivelsene.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningene som viser et utførelseseksempel av oppfinnelsen.

På tegningene viser figur 1 et lengdesnitt -'gjennom

en tunnelmaskin som benyttes ved driving av en tunnel i løst fjell,

figur 2 viser et tverrsnitt etter linjen omtalt 2-2

i figur 1,

figur 3 viser et tverrsnitt etter linjen omtalt 3-3

i figur 1,

figur 4 viser snitt gjennom skjoldhalen, i større måle-stokk,

figurene 5-7 viser snitt gjennom en del av tunnelmaskinen, i tre ulike arbeidsetapper,

figur?8 viser et enkelt forskalingselement i perspektiv-riss,

figur 9 viser et snitt gjennom en hydraulisk kopling

for forbindelse av to forskalingselementer, med koplingen vist i stilling før fastspenning,

figur 10 viser koplingen i figur 9 i innkjørt tilstand,

figur 11 viser koplingen i figur 9 i spendt tilstand,

og tilpasset i en mellom forskalingselementene^anordnet utligningsring,

figur 12 viser et snitt gjennom endeforskalingens stempel, og

figur 13 viser et enderiss av et stempelelement av stempelet i figur 12.

Tunnelmaskinen-innbef atter et sylindrisk skjold 1

som ved hjelp av fremskyvingspresser 2 presses mot tunnelendeflaten 3 hvor brytingen foregår. Skjoldet 1 består av skjold-

eggen 4, skjoldmantelen 5 og den todelte skjoldhale 6,7. Den

ne delen 6 av skjoldhalen er fast 'forbundet med sk joldmantelen 5 og beveger seg kontinuerlig forover sammen med denne under påvirkning av fremskyvningspressene 2. Den i enkeltlameller 7a,

7b oppdelte, bevegbare skjoldhaledel 7 er anordnet lengdeforskyv-bar i forhold til skjoldmantelen 5, og hver lamell 7a,7b kan for seg trekkes frem og inn i skjoldmantelen 5 ved hjelp av hydrauliske skjoldhalepresser 8. Lamellskjøtene er utformet slik at lengde-kanten 9 på en lamell 7a har leddføring i et langs kanten av den hosliggende lamell 7b anordnet langsgående spor 10.

De to skjoldhalevirvler 6,7 avstøtter seg mot skjold-mantelens ramme ved hjelp av støtten 27 og rullen 28.

For å redusere veggfriksjonen under fremdrivingen av skjoldet, er skjoldeggens 4 diameter litt større enn skjoldmantélens •

diameter, slik at det mellom tunnelveggfjellet 11 og skjoldmantelen 5 forefinnes et sylinderisk hulrom 12.

Stemplene 13 i de hydrauliske fremskyvningspresser 2 avstøtter seg mot den bak skjoldet 1 tilsluttede forskaling 14. Denne forskaling består av et antall forskalingsringer 15,15a,15b, som er forbundet med hverandre ved hjelp av koplinger 17, og hver forskalingsring består av et antall veivede forskalingselementer 16. Så vel forbindelsen mellom de enkelte forskalingselementer 16 som forbindelsen mellom forskalingsringene 15,15a,Iskjer ved hjelp av slike hydrauliske koplinger 17.

Den mellom forskalingen 14 og fjellet ettappevist inn-førte betong 18,18a,18b tildekkes hensiktsmessig med en provisorisk isolasjon 19 for å påskynde herdingen. Av samme årsak kan også forskalingen forskynes med en isolasjon 19.

Forskalingen av endeflaten skjer ved hjelp av et flerdelt stempel 20, hvis oppdeling svarer til antall forskalingselementer 16 i en forskalingsring 15. Avstøttingen av endeforskalingen mot betongtrykket skjer hydraulisk 21 via lageret anordnet på skjoldmantelen 5. Hvert stempélsegment kan betjenes individuelt over en sentralstyring.

Stempelsegmentene 20 er ved hjelp av tetninger 22 av-tettet mot forskalingen 14, den bevegbare skjoldhaledel 7 og innbyrdes. Stempelsegmentene er utført som ullkassekonstruksjoner, slik at hulrommene 23 kan tilføres varmt vann for derved å oppnå hurtig fasthetsutvikling i betongen. Stempelets 20 endeflate er dessuten i tillegg forsynt med anordninger for vakumpåvirkninger av.betongen i endeflateområdet.

Under spesiell henvisning til figurene 5,6^og 7 skal arbeidsforløpet under utnyttelse av den foran beskrevne tunnelmaskin beskrives nærmere. Det som er vesentlig ved fremgangsmåten er at skjoldfremdrivingen skjer kontinuerlig, mens foringen bygges opp etappevist.

Etter oppbyggingen av betongringen 18 (figur 5) må man vente en stund, avhengig av oppnåelsen av tilstrekkelig fasthet i den nystøpte betong. Om nødvendig kan denne ventetid avkortes ved å anvende forvarmet betong. For ytterligere å akselere herdingen, i det minste i endeområdet, kan man trekke vann ut av betongen ved hjelp av vakumering?og deretter kan man tilføre stempelhulrommene 23 varmt vann forderved å øke herdetemperaturen. Under denne ventetid kan brytingen i tunnelendeflaten fortsette. Skjoldet l^beveger seg kontinuerlig fremover under 'påvirkning av fremskyvningspressene.

De herved på forskalingen 14 utøvede trykkrefter over-føres fra denne til betongforingen. For å øke friksjonen mellom forskalingen og foringen er forskalingen 14 forsynt med ringformede, loddrett på tunnelaksen forløpende ribber 24 som griper inn i betongen. I tillegg til disse ringribber 24 kan det også være t a anordnet langsgående ribber 25, slik at den ferdige foring vil ha et raster av ringspor og langsgående spor. Hensikten med disse spor er détrgjort rede for i beskrivelsens innledning. Så snart betongen har fått tilstrekkelig fasthet i endeområdet, trekkes skjoldfremskyvningspressene 2 og stempelpressene 21 frem 1 et segment. Om nødvendig kan det il dette segment legges inn en armering 26. Forskalingselementene 16 i den bakre forskalings-

ring 15b bringes deretter frem, og et element sammenkoples med forskalingsringen 15 (figur 6). Deretter kjøres skjoldfremskyvningspressene 2 igjen ut, mot det nymonterte forskalingselement. Deretter monteres det neste forskalingselement på analog måte.

Da innbyggingena^av den nye forskalingsring 15b skjer segmentvist, bør man alltid ha et tilstrekkelig antall fremskyvningspresse i inngrep, slik at man er sikret en kontinuerlig fremdriving av skjoldet.

Støpingen av den nye betongring 18b skjer likeledes segmentvist, fra sålen og opp, avvekslende venstre og høyre oppstigende, opp til toppen. Under utstøpingen av et segment trekkes den tilsvarende lamell i den bevegbare skjoldhaledel 7

inn i skjoldmantelen 5, slik at den nye betong får berøring med fjellet i tunnelveggen (figur 7) .

På denne måten kan man unngå en synking av betongen. Innføringen av betongen skjer ved hjelp av punkter, gjennom til-knytningsstusser 29 på stempelet 20 eller i forskalingen 14.

Hvert betongringsegment har bare et relativt lite volum, ca. 1 til

2 m<3>, og støpingen tar derfor bare noen få minutter, hvoretter r-

n med en gang kan gå over til neste segment, helt til man har nådd toppen. Umiddelbart etter avsluttet støping, foretar man den allerede nevnte vakumering og oppvarming av endesonen.

De faktorer som påvirker betongens fasthet velges slik

at betongen etter ca. 16 timer har fått en minimal fasthet på f.eks. 200 kg/cm^ og kan frigjøres for forskalingen. Ved en fremskyvnings-hastighet på 50cm/t og en forskalingsringbredde på f.eks. lm må

da forskalingen bestå av 8 ringer og ha en lengde på 8m. Hver forskalingsring består hensiktsmessig av 8 til 12 forskalingselemente

For periodisk sentrering av hvélvaksen med hensyn til tunnelaksen eller for oppnåelse av en tunnelkrumning, kan det mellom de enkelte forskalingsringer anordnes smale, koniske ring-plater 30. Plasseringene av disse ringplatene vil være avhengig av de toleranser man arbeider med, med hensyn til tunnelaksen og skjoldaksen, henholdsvis vil være en funksjon av den ønskede tunnelkrumning.

Forskalingselementene er innbyrdes like, med unn-tagelse av såle- og toppelementene. Såleelementene er forsynt med en avvanningsanordning, mens toppelementene er forsynt med en tangensialpressanordning, slik at de virker som ringslutt-stykker, henholdsvis som forskalings-avlastningsstykker.

For forbindelsen mellom forskalingselementene og forskalingsringene benyttes den i figurene 9 til 11 viste hydrauliske kopling 17. Koplingen består av en spennstang 31

som er lengdeforskyvbart ført i en spehnhylse 32. Spennstangens 31 ende rager ut av spennhylsen 32 og bærer et påskrudd spennhode 33 med flere spredebakker 34. Spredebakkene er i den ene enden, ved 35, leddopplagret i spennhodet 33. Bakkenesr\mot spennhylsen 32 vendte ende 37 danner sammen en konisk utvidelse 37 som vender mot det koniske motspennhodet 38 på enden av spennhylsen.» Koplingen 17 betjenes hydraulisk og er på ikke nærmere måte festet i det indre av forskalingselementet 16.

Hele koplingen kan kjøres inn i forskalingselementet.

Forbindelsen mellom den nye forskalingsring 15b og

den allerede monterte forskalingsring 15, skjer som tidligere nevnt segmentvist. Et nytt forskalingselement i ringen 15b bringes i riktig stilling,,og koplingen 17 kjøres ut i fra det hosliggende forskalingselement i ringen 15, gjennom koplingsåpninger 40, helt til stillringen 39 på spennhylsen 32 glir an mot innerveggen. De to koplingsåpninger 40 må under dette ikke nødvendigvis flukte fullstendig med hverandre. Spennhodet 33

med spredebakkene 34 rager nå inn i det indre av det nye forskalingselement. Trekkes så spennstangen 31 innover så vil motspennhodet 38 trenge inn i den koniske utvidelse 37 som dannes av spredebakkene 34. Derved trykkes spredebakkene utover mot kraften til ringfjæren 36 som ligger rundt spredebakkene. På denne måten oppnår man en automatisk sentrering av de to koplingsåpninger 40. De utspredte bakker 34 ligger med sine respektive flenser 41 an mot innerveggen i det nye forskalingselement.

Stillringen 39 er forbundet med spennhylsen 32 ved hjelp av et gjengeparti 42, slik at avstanden mellom sprede-bakkeflensene 41 og stillringen 39 kan innstilles, slik at man eksempelvis kan ta hensyn til ehen mellom de to forskalingsringer 15, 15b anordnet utligningsring 30,(figur 11).

Når forbindelsen skal løsnes kjører man først ut spennstangen 31 og deretter trekker man spennhylse og spennstang ut gjennom de to åpningene 4 0 (figur 10).

Detaljer ved stempelet 20 i endeforskalingen skal

nå forklares nærmere under spesiell henvisning til figurene 12 og 13. Den på tre sider av det enkelte stempelelement an-ordnede tetning 22 er hensiktsmessig utformet som en oppblåsbar hultetning, slik at man på denne måten kan foreta en tilpassing til ulike toleranser mellom stempelet 20 og ringforskalingen 14, henholdsvis den bevegbare skjoldhaledel 7 .

Vakumklokker 43, hvis kalott 44 er utformet som en sikt, settes løsbart inn i tilsvarende åpninger i stempelet. Vakumklokkene må være lett demonterbare, slik at man kan ren-gjøre dem etter behov.

Fyllestussene 2 9 med ventil 4 5 for pumpebetongen,

er koniske. De gjenblivende betongkonusser vil danne en for-tanning med den neste betongring. Det benyttes flere fy-lle-stusser 29, som etter valg kan tilknyttes pumpeslangene 46. Tilknytningsstedene for varmtvannet (tilløp og avløp) er antydet ved 47.

Av figur 12 går det .frem at den friske betongen fyller ut hulrommet 12 når skjoldhalen 7 trekkes frem.

Av arganisatoriske grunner må man ta hensyn til følgende:Fordi skjoldfremdrivingen går kontinuerlig, og transporten av den utbrutte masse også går kontinuerlig, må

man midt i tunnelen alltid ha et fritt trafikkrom. De gjen-stående siderom står således til rådighet for de nødvendige for-skalingsarbeider og for støpingen. Disse plassbegrensninger med-fører ingen ulemper for betongpumpingen, men når det gjelder forskalingen må man passe på å benytte håndterbare segment-elementer. Det kjørbare arbeidsstativ må tilpasses slik at man kan komme til med de nødvendige arbeider.

Betjeningen av ringsegmentkoplingene skjer hydraulisk-makanisk, slik at man er sikret en lett og rask montering og de-montering av forskalingene.

Anordningene for vakumbehandling og varmebehandling av betongen kan være innbygget i skjoldkonstruksjonen, og det samme gjelder for befestigen og styringen av de hydraulisk^betjente endesegmentstempler og den bevegbare skjoldhale-konstruksjon.

Betjeningen og styringen av skjoldfremskyvningspressene skjer ved hjelp av utstyr bygget inn i skjoldet, eksempelvis på samme måte som ved anvendelse av de tidligere støtteringer.

Den nye tunnelbyggingsmetodikk medfører i prinsippet ingen vanskeligheter. For at man imidlertid skal kunne nå også store dagslengder på ca. 10 til 12m, er det nødvendig med en relativ høy grad av mekanisering i forbindelse med forskalings-arbeidene, støpingen og etterbehandlingen av betongen.

Claims (15)

1. Tunnelbyggeinnretning med et av skjoldegg, skjoldmantel og skjoldhale bestående tunnelskjold og tilsluttet forskaling for en betongforing, karakterisert ved at skjoldhalen består av en fast med skjoldmantel (5) forbundet del (6) og en i forhold til denne bevegbar del (7), at den bevegbare skjoldhaledel (7) er delt i flere lameller (7a, 7b) som hver for seg kan trekkes frem i mantelen (5), og ved at forskalingen (14) har flere, av hvelvede forskalingselementer (16) bestående forskalingsringer (15, 15a, 15b).

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved en endeforskaling utformet som et flerdelt stempel '(20) , hvis elementer kan betjenes enkeltvis ved hjelp av på skjoldet (1) festede hydrauliske presser (21),

3. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at stempelet (20) har anordninger (43,471 for vakumering og/eller oppvarming.

4. Innretning ifølge krav 3, karakterisert ved at stempelet (20) er forsynt med hulrom (23) hvor i varmt vann kan sirkulere.

5. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at forskalingsringene (15, 15a, 15b) er forbundet med hverandre ved hjelp av selvsentrerende koplinger (17).

6. Innretning'ifølge krav 1, karakterisert ved at forskalingen (14) har en avtagbar fuktighets- og varmedemmende isolering (19).

7. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at forskalingsringene (15) er forsynt med ringformede ribber (24) og med langsgående ribber (25) for tilveiebringelse av et raster av ringspor og langsgående spor i^ den ferdige betongforing, hvorved de ved hjelp av disse spor markerte betong-blokker vanligvis ikke trenger ,armering.

8. Innretning ifølge krav 1, karakterisert v eJd at for oppnåelse av en krumning eller en korrekturut-ligning, kan smale, konisk tilspissede utligningsringer (30) settes inn meliom de enkelte forskalingsringer (15,15b)

9. Innretning ifølge krav 1, karakt e^r^i ser t v e.:.d at toppforskalingselementet er utformet som et ring-sluttstykke, henholdsvis som et forskalings- avlastingsstykke, og at det er forsynt med en tangensial pressanordning.

10. Innretning ifølge krav 5, karakterisert ved at den selvsentrerende kopling (17) innbefatter en spennstang (31) méd spennhode (33) og spredebakker (34), at spennstangen (31) er forskyvbart lagret i en med et motcispennhodet (38) og en stillring (39) forsynt spennhylse (32), og ved at spennstangen (31) og spennhylsen (32) sammen kan trekkes^ inn i forskalingselementet.

11. Innretning ifølge krav 10, karakterisert ved at de mot det koniske motspannhodet (38) vendte ende av spredebakkene (34) sammen begrenser et konisk rom og ved at ved spenningen av koplingen kan motspennhodet (38) trenge inn i det nevnte koniske rom og derved trykke spredebakkene (34) ut fra hverandre, mot kraften til en fjær (36), hvorved de to koplingsåpninger (40) i forskalingselementene sentreres automatisk og hosliggende vegger i forskalingselementene kan spennes inn mellom stillringen (42) og flenser (41) på spredebakkene (34).

12. Innretning ifølge krav 11, karakterisert ved at stillringen (39) er forskillbart anordnet på spennhylsen (32) ved hjelp av et gjengeparti (42), for derved å muliggjøre en endring av innspenningsavstanden mellom flensene (41) på spredebakkene (34) og stillringen.

13. Fremgangsmåte ved bygging av en tunnel med skjoldfrem-drift og oppbygging av en betong- tunnelforing umiddelbart bak skjoldet, karakterisert ved at ved en i det vesentlige kontinuerlig skjoldfremdriving tilveiebringes betong ringen av plaststøpt betong etappevis bak skjoldet, at hertil en av flere hvelvede forskalingselementer bestående^ forskalinqs-ring monteres, segmentvist bak skjoldet og forbindes med en hos liggende forskalingsring, og ved at betongen segmentvist, fra sålen og opp til toppen,. avvekslende høyre og venstre oppstigende, bringes inn mellom forskalingsringen og en i forhold til skjoldet bevegbart anordnet, av lameller bestående skjoldhaledel, idet under støpingen av et element den til dette tilordnede lamell i den bevegbare skjoldhaledel trekkes frem i skjoldet slik at betongen får kontakt med fjellet i tunne 1 veggen . f 1 f ) ..

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at for påskynding av avbindingen og herdingen av betongen vakumeres og oppvarmes dens endeområde.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 13, k ar a!"k terisert ved at ved monteringen av forskalingsringen trekkes stempelpressene til en endeforskaling og de mot hvelvforskalingen av-støttede fremskyvningspresser for skjoldet segmentvis frem, hvoretter et forskalingselement monteres og pressene kjøres tilbake.