WO1979000159A1 - Device and process for driving galleries with a shield - Google Patents

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WO1979000159A1
WO1979000159A1 PCT/CH1978/000021 CH7800021W WO7900159A1 WO 1979000159 A1 WO1979000159 A1 WO 1979000159A1 CH 7800021 W CH7800021 W CH 7800021W WO 7900159 A1 WO7900159 A1 WO 7900159A1
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WO
WIPO (PCT)
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formwork
shield
concrete
ring
rings
Prior art date
Application number
PCT/CH1978/000021
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
W Schmid
H Bertschinger
Original Assignee
Locher & Cie Ag
W Schmid
H Bertschinger
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Locher & Cie Ag, W Schmid, H Bertschinger filed Critical Locher & Cie Ag
Priority to BR7808692A priority Critical patent/BR7808692A/pt
Publication of WO1979000159A1 publication Critical patent/WO1979000159A1/de

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/0607—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining the shield being provided with devices for lining the tunnel, e.g. shuttering
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/04—Lining with building materials
    • E21D11/10—Lining with building materials with concrete cast in situ; Shuttering also lost shutterings, e.g. made of blocks, of metal plates or other equipment adapted therefor

Definitions

  • the invention relates to an underground construction device with a tunnel shield consisting of a cutting edge, shield casing and shield tail and formwork adjoining it for the concrete lining.
  • the invention further relates to an underground construction method with shield driving and installation of a concrete tunnel lining directly behind the shield.
  • Tunnel and tunnel structures in underground construction in non-stable mountains are often created using a shield consisting of a cylindrical tube, which supports the mountains in the mining area and prevents the tunnel from collapsing. If necessary, the tunnel breast shield-like panels are secured. As the excavation progresses, the tunnel shield is advanced. Behind the same, the tunnel profile must be supported immediately with internals. These internals often consist of curved plate so-called tubbings, z. B. made of cast iron or reinforced steel which are put together to be worn rings. By filling the cavities between the tubbingri and the mountains backwards, the rock pressure can be transferred to these tubbing rings.
  • the aim of the invention is that the reinforcement can mostly be omitted entirely, or at least substantially reduced.
  • the shield tail consists of a fixed with the shield sheath bonded part and a relatively movable to that part of the movable shield "is tail portion divided into a plurality of blades which individually
  • OMPI yfa W1PO ⁇ > are preferred in the jacket, and that the formwork has several formwork rings consisting of curved formwork elements.
  • d formwork rings with annular ribs and with longitudinal ribs are provided for the purpose of generating a grid of ring notches and longitudinal notches in the finished concrete lining.
  • the vault of the tunnel lining is divided into individual blocks.
  • the notches form weakening joints between these blocks.
  • cracks can develop along these notches, which favor the adaptation of the lining to the deforming rock, since the individual blocks separated from each other by the settlement cracks can be rotated somewhat against each other , similar to a lining made of single vaulted stones.
  • Vault reinforcement can in most cases be completely omitted or at least greatly reduced, because there are practically no bending stresses in these blocks.
  • the tunnel construction method according to the invention is characterized in that, in the case of a substantially continuous shield drive, concrete rings made of in-situ concrete are introduced in stages behind the shield, and that for this purpose a formwork ring consisting of several arched formwork elements is segmented
  • OMPI is mounted behind the shield and connected to an adjacent formwork ring, and that the concrete is inserted segment by segment from the sole over the elms, alternating left and right ascending to the apex between the formwork ring and a plate tail part made of lamellae that is movable relative to the plate wherein the letzerem associated lamella of the 'beweg ⁇ union shield tail portion is preferred in the shield during Betonie ⁇ proceedings of an element to allow the concrete to the rock wall of the tunnel comes into contact.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a tunnel construction device which is used in loose rock construction
  • FIG. 2 shows a cross section along the line II-II through the device according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a cross section along the line III-III through the device according to FIG. 2, 4 shows a section through the shield tail, on a larger scale,
  • Fig. 9 shows a section through a hydraulic clutch ⁇ for connecting two formwork elements, wherein the Kupp ⁇ system is shown prior to tightening
  • Fig. 12 shows a section through the stamp of the front formwork
  • OMPI, fa WIPO, ⁇ >, 13 shows an end view of a stamp member of the stamp according to FIG. 12.
  • the tunnel construction device has a cylindrical shield 1, which is pressed by means of feed presses 2 against the tunnel face 3 which is found in the excavation b.
  • the shield 1 comprises a shield blade 4, the shield body 5 and the two-piece shield tail 6, 7 "T he a part 6 of the shield tail is firmly connected to the shield jacket 5 and moves with di under the pressure of the feed presses 2 continuously after vo of in individual slats 7a, 7b divided movable reed tail part 7 is arranged longitudinally displaceable relative to the shield casing 5, each slat ' 7a, 7b individually by means of hydraulic shield tail presses 8 can be pre-pulled into the shield casing 5.
  • the lamella joints are designed such that the longitudinal edge 9 of the one lamella 7a is guided in an articulated manner in a longitudinal groove 10 arranged on the edge adjacent lamella 7b.
  • the two shield tail parts 6, 7 are supported on the frame of the shield shell by means of the support 2 and the roller 28.
  • the diameter of the shield cutting edge 4 is somewhat larger than the through
  • the pistons 13 of the hydraulic feed presses 2 are supported on the formwork 14 adjoining the plate 1.
  • the latter consists of a number of formwork rings 15, 15a, 15b which are connected to one another by means of couplings 17 and which in turn consist of a number of curved formwork elements 16. Both the connection of the individual formwork elements 16 to one another as well as the connection of the formwork rings 15, 15a to one another takes place with such hydraulic couplings 17.
  • the concrete 18, 18a, 18b introduced in stages between the formwork 14 and the soil is expediently covered with a provisional insulation 19 in order to accelerate the hardening.
  • the formwork can also be provided with insulation 19 for the same reason.
  • the shuttering of the end face is carried out with a multipart 'stamp 20, whose division 16 corresponds to the number of SchaPungs institute a formwork ring 15th
  • the support of the Face formwork against the concrete pressure is carried out hydraulically 21 bearings that are attached to the shield jacket 5.
  • Each stamp segment can be individually manipulated via a central control.
  • stamp segments 20 are sealed by means of seals 22 with respect to the formwork 14, the movable shield tail part 7 and below. They are designed as a hollow box construction, so that their cavities 23 can be charged with hot water in order to achieve a rapid strength development of the bet.
  • the end faces of the punch 20 are additionally equipped with devices for vacuuming the concrete in the end face area.
  • a waiting time must be observed, which depends on the required stability of the fresh concrete. If necessary, this waiting time can be reduced by using preheated fresh concrete.
  • the hardening at least in the forehead area, is first partially removed from the concrete by vacuuming, and then the cavities 23 in the stamp are charged with hot water in order to increase the setting temperature.
  • the excavation work on the tunnel face can continue. Under the pressure of the feed presses, the shield 1 continuously moves forward.
  • the formwork 14 has ring-shaped ribs 24 which are perpendicular to the tunnel axis and which engage in the concrete.
  • longitudinal ribs 25 can also be provided, so that the finished lining that is switched off is provided with a grid of ring notches and longitudinal notches, the function of which has already been pointed out in the introduction to the description.
  • the concreting of the new concrete ring 18b is also carried out segment by segment, alternating left and right ascending from the sole over the elms to the apex.
  • the corresponding lamella of the movable shield tail part 7 is pulled back into the shield casing 5, through which fresh concrete comes into contact with the mountains of the tunnel wall (FIG. 7).
  • the concrete is brought in by pumps via connecting pieces 29 on the punch 20 or on the formwork 14. Because of the relatively small volume of approximately 1 to 2 m of a concrete ring segment, the process requires only a few minutes - 15th
  • the factors influencing the stability of the concrete are chosen so that the concrete becomes a concrete after about 16 hours
  • Each formwork ring expediently consists of 8 to 12 formwork elements.
  • narrow, conical ring plates 30 can be arranged between the individual formwork rings.
  • the respective installation position of these ring plates depends on the tolerance values with regard to the tunnel axis and shield axis or is a function of the desired tunnel curvature.
  • the formwork elements are identical with each other, with the exception of the sole and apex element.
  • the former is with one Provide drainage device, and the latter is equipped with a tangential press device as a ring closure piece or as a stripping relief piece.
  • the hydraulic coupling 17 was developed to connect the formwork elements and the formwork rings to one another (FIGS. 9-11).
  • This consists of a tension rod 31, which is guided in a longitudinally displaceable manner in a tensioning sleeve 32.
  • the E of the clamping rod 31 protrudes from the clamping sleeve 32 and b the screwed clamping head 33 and the multi-part chaff 34.
  • the one ends of the latter are articulated 35 i clamping head 33.
  • the facing the clamping sleeve 32 at ren ends 37 of the jaws 34 form a conical extension which the conical counter clamping head 38 is opposite at the end of the clamping sleeve 32.
  • the clutch 17 is hydraulically actuated and fastened inside the formwork element 16 in a manner not shown. It can be completely retracted as a whole i the formwork element.
  • the adjusting ring 39 is connected to the clamping sleeve 32 ′′ via a thread 42, so that the distance of the jaw flange 41 from the adjusting ring 39 can be adjusted, for example to take into account a compensating ring 30 arranged between the two shaping rings 15, 15b can (Fig. 11).
  • the seal 22 arranged on three sides of the individual stamp member is in the form of an inflatable hollow seal in order to equalize different tolerances between the stamp 20 and the ring formwork 14 or the movable shield tail parts 7.
  • the vacuum pear 43, the cap 44 is designed as a sieve, are releasably placed in corresponding openings in the stamp e.
  • the vacuum bulbs must be easy to remove and disassemble for cleaning.
  • the filler neck 29 with slide 45 for the pumped concrete are conical.
  • the cones left in the concrete 18b after the formwork form a toothing with the connection of the concrete ring.
  • a number of filler necks 29 are provided, which can optionally be connected to the pump hoses 46.
  • connection points for the hot water supply and return are designated with 47 ..
  • the manipulations for the ring segment couplings are provided hydraulically and mechanically, so that effortless and quick switching is ensured.
  • the devices for vacuum and heat treatment can be built into the shield construction, as can the attachment
  • the actuation and control of the shield feed presses was carried out, as when using tubbings, using equipment that is installed in a shield.
  • the proposed tunneling method basically does not cause any difficulties for the execution.
  • a relatively high degree of mechanization of the two main work types of shells - stripping and concreting - reworking the concrete is essential.

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Description

Vorrichtung und Verfahren für den Untertagbau mit Schildvortrieb
Die Erfindung betrifft eine Untertagbauvorrichtung mit aus Schneide, Schildmantel und Schildschwanz bestehendem Tunnel¬ schild und daran änschliessender Schalung für die Betonaus¬ kleidung.
Die Erfindung betrifft weiter ein Untertagbauverfahren mit Schildvortrieb und Einbau einer Beton-Tunnelauskleidung un¬ mittelbar hinter dem Schild.
Tunnel- und Stollenbauwerke im Untertagbau in nicht standfes Gebirge werden häufig unter Einsatz eines aus einem zylinder förmigen Rohr bestehenden Schildes erstellt, welcher das im Abbaubereich anstehende Gebirge stützt und den Einsturz des Tunnels verhindert. Sofern nötig, wird auch die Tunnelbrust schildartigen Tafeln gesichert. Während des Fortschreitens d Aushubarbeiten wird der Tunnelschild vorgeschoben. Hinter de selben muss das Tunnelprofil sofort mit Einbauten gestützt werden. Diese Einbauten bestehen häufig aus gewölbten Platte sogenannten Tübbingen, z. B. aus Gusseisen oder aus Stahlbet welche zu tragenden Ringen zusammengesetzt werden. Durch nac trägliches Hinterfüllen der Hohlräume zwischen den Tübbingri und dem Gebirge kann der Gebirgsdruck auf diese Tübbingringe übertragen werden.
Solche vorfabrizierte Tübbinge sind teuer in der Herstellung und der Transport und Einbau sind arbeitsintensiv. • Bei den a armiertem Beton hergestellten Tübbingen beträgt die für die Transportfestigkeit notwendige und für die Aufnahme der Quer zugspannungen aus Vorschubpressendruck erforderliche zusätz¬ liche Armierung of mehr als 50 % der Gesamtarmierung. Es hat sich auch gezeigt, dass sich die mit Tübbingen ausgekleidete Tunnelwände unter dem ungleichmässigen Einfluss des Gebirgs- druckes verfor en können.
"BURE OMPI r A - -
Aus diesem Grunde wurde schon vorgeschlagen, statt der Tübbinge Ortsbeton zu verwenden, der unmittelbar hinter dem Schild einge¬ bracht wird. Dieses Arbeitsverfahren ist aber bisher nur ver¬ einzelt und nur bei Tunnelbauten mit geringen Durchmessern an¬ gewandt worden. Dabei erfolgte während der Betonierphase stets ein Unterbruch bei den Vortriebs- und Aushubarbieten, was in technischer und organisatorischer Hinsicht unerwünscht ist.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei welchen diese Nachteile vermieden sind. Es soll insbesondere möglich sein, trotz des etappenweisen Einbaus der Auskleidung den Schild kontinuierlich vorzuschieben, damit an der Tunnelbrust die Arbeiten nicht periodisch eingestellt werden müssen. Ferner soll durch die Erfindung erreicht werden, dass die Armierung meistens ganz weggelassen, mindestens aber wesentlich reduziert werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei der erfindungsgemässen Tunnelbauvorrichtung so, dass der Schildschwanz aus einem fest mit dem Schildmantel verbundenen Teil und einem relativ zu diesem beweglichen Teil besteht, dass der bewegliche Schild- "schwanzteil in mehrere Lamellen unterteilt ist, die einzeln
"BUREΛiT
OMPI yfa W1PO Λ> in den Mantel vorziehbar sind, und dass die Schalung mehrere aus gewölbten Schalungselementen bestehende Schalungsringe aufweist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind d Schalungsringe mit ringförmigen Rippen und mit Längsrippen v sehen zwecks Erzeugung eines Rasters von Ringkerben und Läng kerben in der fertigen.Betonauskleidung. Durch die Kerben wi das Gewölbe der Tunnelauskleidung in einzelne Blöcke unterte Die Kerben bilden Schwächungsfugen zwischen diesen Blöcken. Unter dem Einfluss des Gebirgsdruckes und den sich daraus er gebenden Verformungen können längs dieser Kerben Risse ent¬ stehen, die das Anpassen der Auskleidung an das sich verform de Gebirge begünstigen, da die einzelnen, durch die Setzungs risse voneinander getrennten Blöcke gegeneinander etwas gele drehbar werden, ähnlich wie bei einer Auskleidung aus einzel Gewölbeformsteinen. Eine Gewölbearmierung kann dadurch in de meisten Fällen ganz weggelassen oder mindestens stark reduzi werden, weil in diesen Blöcken praktisch keine Biegebeanspru chungen vorhanden sind.
Das erfindungsgemässe Tunnelbauverfahren ist dadurch gekennz net, dass bei im wesentlichen kontinuierlichem Schildvortrie Betonringe aus Ortsbeton etappenweise hinter dem Schild eing bracht werden, dass dazu ein aus mehreren gewölbten Schalung elementen bestehender Schalungsring segmentweise
" URE
OMPI hinter dem Schild montiert und mit einem benachbarten Schalungs¬ ring verbunden wird, und dass der Beton segmentweise von der Sohle über die Ulmen abwechselnd links und rechts aufsteigend bis zum Scheitel zwischen dem Schalungsring und einem relativ zum Schild beweglich angeordneten, aus Lamellen bestehenden Schildschwanzteil eingebracht wird, wobei während des Betonie¬ rens eines Elementes die letzerem zugeordnete Lamelle des' beweg¬ lichen Schildschwanzteiles in den Schild vorgezogen wird, damit der Beton mit dem Gebirge der Tunnelwand in Kontakt kommt.
Da der Beton nicht in den Hohlraum einbrechen darf, welcher vom stetig wegfahrenden festen Schildschwanzteil zurückgelassen wird, wird der Vorschub des beweglichen Schildschwanzteiles im Bereich des abbindenden Betons unterbrochen.
Ohne den beweglichen Schildschwanzteil wäre es kaum möglich, den Hohlraum vollständig auszufüllen. Es könnte wohl versucht werden, diesen Schildschwanzhohlraum nachträglich mit Injektions- gut anzufüllen. Es dürfte aber kaum gelingen, auch unter hohem Pressdruck nicht, eine sichere Stützung zwischen dem Gebirge und dem Betongewölbe so zu erzeugen, dass keine Betonteile ins In ektionsgut ausbrechen können, welche das frische Betongefüge schwächen würden. Bei Störungen des Vorschubs könnte zudem das .
-BU EAU
OMPI rfa WIPO ,* > Injektionsgut erhärten und den Schildschwanz verklemmen, min stens jedoch bei Wiederaufnahme des Vorschubs die nun isolie Schildschwanzlücke nicht mehr rechtzeitig erreichen.
Diese Nachteile werden nun durch das erfindungsgemässe Verfa vermieden, da der bewegliche Schildschwanzteil während des k tinuierlichen Vormarsches des Schildes gegenüber dem Erdreic stillsteht und erst beim Betonieren um die Etappenlänge in d Schild vorgezogen wird, um hierauf wieder gegenüber dem Erdr unbeweglich zu verbleiben.
Anhand der Zeichnungen wird nachfolgend ein Au'sführungsbeisp der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Tunnelbauvorrichtu welche im Tunnelbau bei lockerem Gestein' eingese ist,
Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II durch die Vorrichtung gemäss Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III durch d Vorrichtung gemäss Fig. 2, Fig. 4 einen Schnitt durch den Schildschwanz, in grösserem Massstab,
Fig. 5 - 7 einen Schnitt durch einen Teil der Tunnelbauvor¬ richtung, wobei drei verschiedene Arbeitsetappen dargestellt sind,
Fig. 8 ein einzelnes Schalungselement in perspektivischer Ansicht,
Fig. 9 einen Schnitt durch eine hydraulische Kupplung^zum Verbinden zweier Schalungselemente, wobei die Kupp¬ lung vor dem Verspannen dargestellt ist,
Fig. 10 die Kupplung gemäss Fig. 9 in eingefahrenem Zustand,
Fig. 11 die Kupplung gemäss Fig. 9 in gespanntem Zustand, angepasst an einen zwischen den Schalungselementen angeordneten Ausgleichsring,
Fig. 12 einen Schnitt durch den Stempel der Stirnschalung und
"BUREAU
OMPI ,fa WIPO ,Λ>, Fig. 13 eine Stirnansicht auf ein Stempelglied des Stemp gemäss Fig. 12.
Die Tunnelbauvorrichtung weist einen zylindrischen Schild 1 auf, der mittels Vorschubpressen 2 gegen die sich im Abbau b findliche Tunnelbrust 3 gepresst ist. Der Schild 1 besteht a der Schildschneide 4, dem Schildmantel 5 und dem zweiteilige Schildschwanz 6, 7« Der eine Teil 6 des Schildschwanzes ist fest mit dem Schildmantel 5 verbunden und bewegt sich mit di unter dem Druck der Vorschubpressen 2 kontinuierlich nach vo Der in einzelne Lamellen 7a, 7b aufgeteilte bewegliche Schil schwanzteil 7 ist relativ zum Schildmantel 5 längsverschiebb angeordnet, wobei jede Lamelle' 7a, 7b einzeln mittels hydrau lischen Schildschwanzpressen 8 in den Schildmantel 5 vorgezo werden kann. Dabei sind die Lamellenstösse so ausgebildet, d die Längskante 9 der einen Lamelle 7a in einer an der Kante benachbarten Lamelle 7b angeordneten Längsnut 10 gelenkig geführt ist.
Die beiden Schildschwanzteile 6, 7 sind mittels der Stütze 2 und der Rolle 28 am Rahmen des Schildmantels abgestützt.
Um die Wändreibung beim Schildvortrieb zu vermindern, ist de Durchmesser der Schildschneide 4 etwas grösser als der Durch
1JÜ E
OMPI WIP esser des Schildmantels 5, so dass zwischen dem ausgehobenen Gebirge 11 der Tunnelwand und dem Schildmantel 5 ein zylindri¬ scher Hohlraum 12 vorhanden ist.
Die Kolben 13 der hydraulischen Vorschubpressen 2 stützen sich auf die hinter dem Schild 1 anschl'iessende Schalung 14 ab. Letztere besteht aus einer Anzahl Schalungsringe 15, 15a, 15b, die mittels Kupplungen 17 miteinander verbunden sind, und die ihrerseits aus einer Anzahl gewölbter Schalungselemente 16 be¬ stehen. Sowohl die Verbindung der einzelnen Schalungselemente 16 untereinander wie auch die Verbindung der Schalungsringe 15, 15a miteinander erfolgt mit solchen hydraulischen Kupplun¬ gen 17.
Der zwischen der Schalung 14 und dem Erdreich etappenweise eingebrachte Beton 18, 18a, 18b wird zweckmässigerweise mit einer provisorischen Isolation 19 abgedeckt, um die Aushärtung zu beschleunigen. Auch die Schalung kann aus demselben Grunde mit einer Isolation 19 versehen sein.
Die Abschalung der Stirnfläche erfolgt mit einem mehrteiligen ' Stempel 20, dessen Unterteilung der Anzahl der SchaPungselemente 16 eines Schalungsringes 15 entspricht. Die Abstützung der Stirnschalung gegen den Betondruck erfolgt hydraulisch 21 üb Lager, die am Schildmantel 5 angebracht sind. Jedes Stempel¬ segment ist über eine zentrale Steuerung individuell manipu¬ lierbar.
Die Stempelsegmente 20 sind mittels Dichtungen 22 gegenüber der Schalung 14, dem beweglichen Schildschwanzteil 7 und unt sich abgedichtet. Sie sind als Hohlkastenkonstruktion ausge¬ führt, so dass ihre Hohlräume 23 mit Heisswasser beschickt werden können, um eine rasche Festigkeitsentwicklung des Bet zu erzielen. Die Stirnflächen des Stempels 20 sind zusätzlic mit Einrichtungen zum Vakuumieren des Betons im Stirnflächen bereich ausgerüstet.
Anhand der Figuren 5 bis 7 wird nun nachfolgend der Arbeits¬ ablauf beim Tunnelbau mit der vorbeschriebenen Tunnelbauvor¬ richtung erläutert. Die wesentlichen Merkmale des Verfahrens sind darin zu sehen, dass der Schildvortrieb kontinuierlich erfolgt, währenddem die Auskleidung etappenweise eingebaut
Nach dem Einbau des Betonringes 18 (Fig. 5) muss eine Wartez eingehalten werden, welche von der Erreichung der erforderli Standfestigkeit des frischen Betons abhängig ist. Falls erf lich, kann diese Wartezeit durch Verwendung von vorgewärmte Frischbeton verkürzt werden. Zur zusätzlichen Beschleunigun der Verfestigung, zumindest im Stirnbereich, wird vorerst durch Vakuumieren dem Beton das Wasser teilweise entzogen, und anschliessend .werden die Hohlräume 23 im Stempel mit Heiss¬ wasser beschickt, um die Abbindetemperatur zu erhöhen. Während dieser Wartezeit können die Schürfarbeiten an der Tunnelbrust weitergeführt werden. Unter dem Druck der Vorschubpressen be¬ wegt sich der Schild 1 kontinuierlich nach vorne.
Die dabei auf die Schalung 14 ausgeübten Druckkräfte werden von dieser auf die Betonauskleidung übertragen. Um die Haft¬ reibung zwischen der Schalung und der Auskleidung zu unter- stützen, weist die Schalung 14 ringförmige, senkrecht zur Tunnel- achse stehende Rippen 24 auf, die in den Beton eingreifen. Neben den Ringrippen 24 können auch noch Längsrippen 25 vorgesehen sein, so dass die ausgeschalte, fertige Auskleidung mit einem Raster von Ringkerben und Längskerben versehen ist, auf deren Funktion bereits in der Beschreibungseinleitung hingewiesen worden ist. Während der Abbindezeit des Betonringes 18 kann der Ausbau des hintersten Schalungsringes 15b vorgenommen werden. Sobald der Beton im Stirnbereich eine genügende Standfestigkeit erreicht hat, werden die Schildvorschubpressen 2 und die Stempel¬ pressen 21 eines Segmentes vorgezogen. Falls notwendig, kann jetzt eine Armierung 26 dieses Segmentes eingesetzt werden.
IJUREAIT
OMPI Die Schalungselemente 16 des hintersten Schalungsringes 15b werden jetzt nach vorne gebracht, und ein Element wird mit dem Schalungsring 15 gekoppelt (Fig. 6) . Sodann werden die Schildvorschubpressen 2 wieder auf das neumontierte Schalun element ausgefahren. Dann wird in analoger Weise das nächst Schalungselement montiert. Da der Einbau des neuen Schalun ringes 15b segmentweise erfolgt, bleiben immer genügend Vor schubpressen im Eingriff, um den stetige'n Vortrieb des Schi zu gewährleisten.
Das Betonieren des neuen Betonringes 18b erfolgt ebenfalls segmentweise, von der Sohle über die Ulmen abwechselnd link und rechts aufsteigend bis zum Scheitel. Während des Betoni eines Segmentes wird die entsprechende Lamelle des beweglic Schildschwanzteiles 7 in den Schildmantel 5 zurückgezogen, durch der frische Beton mit dem Gebirge der Tunnelwand in rührung kommt (Fig. 7).
Ein nachträgliches Absacken des Frischbetons kann so vermie werden. Das Einbringen des Betons erfolgt durch Pumpen über Anschlussstutzen 29 am Stempel 20 oder an der Schalung 14. Wegen des relativ geringen Rauminhaltes von ca. 1 bis 2 m eines Betonringsegmentes benötigt der Vorgang nur wenige Mi - 15
ten, worauf sofort zum nächsten Segment übergegangen werden kann, bis der Scheitel erreicht ist. Sofort nach Beendigung des Betonierens setzt wieder das Vakuumieren und Erwärmen der Stirnzone ein, wie bereits beschrieben.
Die die Standfestigkeit des Betons beeinflussenden Faktoren werden so gewählt, dass der Beton nach etwa 16 Stunden eine
2 Minimalfestigkeit von z. B. 200 kg/cm erreicht und ausgeschalt werden kann. Bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 50 cm/h und einer Schalringbreite von beispielsweise 1 m muss die Schalung aus acht Ringen bestehen und eine Länge von 8 aufweisen.
-
Jeder Schalungsring besteht zweckmässigerweise aus 8 bis 12 Schalungselementen.
Zur periodischen Zentrierung der Gewölbeachse in bezug auf die Tunnelachse oder zur Erzielung einer Tunnelkrüm¬ mung können schmale, konische Ringplatten 30 zwischen den ein¬ zelnen Schalungsringen angeordnet werden. Die jeweilige Einbau¬ lage dieser Ringplatten ist abhängig von den Toleranzgrössen bezüglich Tunnelachse und Schildachse bzw. ist eine Funktion der gewünschten Tunnelkrümmung.
Die Schalungselemente sind unter sich identisch, mit Ausnahme des Sohlen- und des Scheitelelementes. Ersteres ist mit einer Entwässerungseinrichtung versehen, und letzteres ist.mit ei Tangentialpresseinrichtung ausgerüstet als Ringschlύssstück bzw. als Ausschalentlastungsstück.
Zur Verbindung der Schalungselemente und der Schalungsringe miteinander wurde die hydraulische Kupplung 17 entwickelt (Fig. 9 - 11). Diese besteht aus einer Spannstange 31, die längsverschiebbar in einer Spannhülse 32 geführt ist. Das E der Spannstange 31 ragt aus der Spannhülse 32 heraus und tr den aufgeschraubten Spannkopf 33 und die mehrteiligen Sprei backen 34. Die einen Enden der letzteren sind gelenkig 35 i Spannkopf 33 gelagert. Die der Spannhülse 32 zugekehrten an ren Enden 37 der Backen 34 bilden eine konische Erweiterung welcher der konische Gegenspannkopf 38 am Ende der Spannhül 32 gegenüberliegt. Die Kupplung 17 ist hydraulisch betätigb und im Innern des Schalungselementes 16 in nicht näher darg stellter Weise befestigt. Sie kann als Ganzes vollständig i das Schalungselement eingefahren werden.
Die Verbindung des neuen Schalungsringes 15b mit dem bereit montierten Schalungsring 15 erfolgt, wie erwähnt, segmentwe Ein neues Schalungselement des Ringes 15b wird in die richt Lage gebracht, und die Kupplung 17 aus dem benachbarten Sch
- i lungselement des Ringes 15 hydraulisch durch die Kupplungs- öffnungen 40 ausgefahren, bis der Stellring 39 der Spannhülse 32 an der Innenwandung aufliegt. Die beiden Kupplungsöffnungen 40 müssen dabei nicht genau fluchten. Der Spannkopf 33 mit den Spreizbacken 34 ragt jetzt in das Innere des neuen Schalungs¬ elementes. Nun wird die Spannstange 31 eingezogen, so dass der Gegenspannkopf 38 in die konische .Erweiterung 37 der Spreiz¬ backen 34 eindringt und letztere entgegen der Kraft der sie umschliessenden Ringfeder 36 auseinanderdrückt. Dadurch werden die beiden Kupplungsöffnungen 40 automatisch zentriert. Die gespreizten Backen 34 sitzen mit ihrem Flansch 41 auf der Innen¬ wandung des neuen Schalungselementes auf.
Der Stellring 39 ist über ein Gewinde 42 mit der Spannhülse 32" verbunden, so dass der Abstand des Backenflansches 41 vom Stell¬ ring 39 eingestellt werden kann, um beispielsweise einen zwi¬ schen den beiden Schaϊungsringen 15, 15b angeordneten Ausgleichs¬ ring 30 berücksichtigen zu können (Fig. 11).
Zum Lösen der Verbindung wird zuerst die Spannstange 31 ausge¬ fahren und dann Spannhülse und Spannstange gemeinsam durch die beiden Oeffnungen 40 eingezogen (Fig. 10). Anhand der Figuren 12 und 13 werden nun noch Einzelheiten d Stempels 20 der Stirnschalung erläutert. Die an drei Seiten des einzelnen Stempelgliedes angeordnete Dichtung 22 ist zw mässigerweise als aufblähbare Hohldichtung ausgebildet, um unterschiedlichen Toleranzen zwischen dem Stempel 20 und de Ringschalung 14 bzw. des beweglichen Schildschwanzteilen 7 zugleichen.
Die Vakuumierbirnen 43, deren Kalotte 44 als Sieb ausgebild ist, werden lösbar in entsprechende Oeffnungen im Stempel e gesetzt. Die Vakuumierbirnen müssen zum Reinigen leicht ent fernbar und demontierbar sein.
Die Einfüllstutzen 29 mit Schieber 45 für den Pumpbeton sin konisch ausgebildet. Die nach der Ausschalung zurückbleiben Konen im Beton 18b bilden eine Verzahnung mit d.em anschlies den Betonring. Es sind mehrere Einfüllstutzen 29 vorgesehen, die wahlweise an die Pumpenschläuche 46 angeschlossen werde können.
Die Anschlussstellen für den Heisswasser-Vor- und -Rücklauf sind mit 47 bezeichnet..
-. WIPO Anhand der Figur 12 ist gut ersichtlich, .wie der frische Beton beim Vorziehen des beweglichen Schildschwanzes 7 den freiwerdenden Hohlraum 12 auffüllt.
In organisatorischer Hinsicht muss das Folgende beachtet werden:
Weil der Schildvortrieb stetig vor sich geht, und der Aushub¬ abtransport ebenfalls kontinuierlich abläuft, ist ein gewisser Verkehrsraum in der Tunnelmittel stets freizuhalten. Für die Schalungsmontage- und -demontagearbeiten sowie das Betonieren stehen s'omit je die seitlichen Gassen zur Verfügung. Während für das Pumpen des Betons aus diesen Platzeinschränkungen keinerlei Nachteile erwachsen, ist für die Schalung auf hand¬ liche Segment-Elemente zu achten. Desgleichen ist das fahrbare Arbeitsgerüst dieser Platzzuweisung anzupassen.
Die Manipulationen für die Ringsegmentkupplungen sind hydrau¬ lisch-mechanisch vorgesehen, so dass ein müheloses und rasches Umschalen gewährleistet ist.
Die Einrichtungen für Vakuum- und Wärmebehandlung können in der Schildkonstruktion eingebaut sein, ebenso die Befestigung
- REAI OMPI WIP > - I S
und Steuerung der hydraulisch betätigten Stirnsegmentstempel und der beweglichen Schildschwanzkonstruktion.
Die Betätigung und Steuerung der Schild-Vorschubpressen erfo wie bei Verwendung von Tübbingen mittels Ausrüstungen, die a Schild eingebaut sind.
Die vorgeschlagene Tunnelbau-Methode verursacht grundsätzlic für die Ausführung keine Schwierigkeiten. Um jedoch auch gro Tagesfortschrittsleistungen von ca. 10 bis 12 m zu erreichen ist ein relativ hoher Grad an Mechanisierung der beiden Haup arbeitsgattungen Schalen - Ausschalen und Betonieren - Nachb handeln des Betons unumgänglich.
"BDRE
OMPI

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Tunnelbauvorrichtung mit aus Schneide, Schildmantel und Schildschwanz bestehendem Tunnelschild und daran anschlies- sender Schalung für die Betonauskleidung, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der Schildschwanz aus einem fest mit dem Schildmantel (5) verbundenen Teil (6) und einem relativ zu diesem beweglichen Teil (7) besteht, dass der beweg¬ liche Schildschwanzteil (7) in mehrere Lamellen (7a, 7b) unterteilt ist, die einzeln in den Mantel (5) vorziehbar sind, und dass die Schalung (14) mehrere, aus gewölbten Schalungselementen (16) bestehende Schalungsringe (15, 15a, 15b) aufweist. .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Stirnschalung, die als mehrteiliger Stempel (20) ausge¬ bildet ist, dessen Glieder mittels am Schild (1) befestig¬ ter Hydraulikpressen (21). einzeln manipulierbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (20) Einrichtungen (43, 47) zum Vakuumieren und/oder Beheizen aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (20) mit Hohlräumen (23) versehen ist, in welchen Heisswasser zirkulierbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalungsringe (15, 15a, 15b) mittels selbstzentrie¬ render Kupplungen (17) miteinander verbunden sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalung• (14) eine wegnehmbare feuchtigkeits- und wärmedämmende Isolierung (19) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalungsringe (15) mit ringförmigen Rippen (24) und mit Längsrippen (25) versehen sind zwecks Erzeugung eines Rasters von Ringkerben und Längskerben in der fertigen Betonauskleidung, wobei die durch diese Kerben markierten Betonblöcke im allgemeinen keine Armierung erfordern.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer Krümmung oder eines Korrekturausglei¬ ches schmale, sich konisch zuspitzende Ausgleichsringe (30) zwischen die einzelnen Schalungsringe (15, 15b) ein¬ setzbar sind.
OMPI W - L. .
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheitel-/Schalungselement als Ringschlussstück bzw. Ausschalentlastungsstück ausgebildet ist, und dass es mit einer Tangentialpresseinrichtung versehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die selbstzentrierende Kupplung (17) eine Spannstange (31) mit Spannkopf (33) und Spreizbacken (34) aufweist, dass die Spannstange (31) in einer mit einem Gegenspannkopf (38) und einem Stellring (39) versehenen Spannhülse (32) verschiebbar gelagert ist, und dass die Spannstange (31) und die Spannhülse (32) gemeinsam in das Schalungselement einziehbar sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dem konischen Gegenspannkopf (38) zugekehrten Enden der Spreizbacken (34) eine konische Ausnehmung begrenzen und dass beim Spannen der Kupplung der Gegenspannkopf (38) in die konische Ausnehmung eindringbar ist, um die Spreiz¬ backen (34) entgegen der Kraft einer Feder (36) auseinan¬ derzudrücken, wodurch die beiden Kupplungsöffnungen (40) der Schalungselemente automatisch zentrierbar und benachbarte Wände der letzteren zwischen dem Stellring (42) und einem Flansch (41) der Spreizbacken (34) einspannbar sind.
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OMPI Λ 1PO Λ>
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellring (39) mittels eines Gewindes (42) verstellbar an der Spannhülse (32) angeordnet ist zwecks Veränderung des Einspannabstandes zwischen dem Flansch (41) der Spreizbacken (34) und dem Stellring.
13. Tunnelbauverfahren mit Schildvortrieb und Einbau einer Beton-Tunnelauskleidung unmittelbar hinter dem Schild, dadurch gekennzeichnet, dass bei im wesentlichen konti¬ nuierlichem Schildvortrieb Betonringe aus Ortsbeton etappenweise hinter dem Schild eingebracht werden, dass dazu ein aus mehreren gewölbten Schalungselementen be¬ stehender Schalungsring segmentweise hinter dem Schild montiert und mit einem benachbarten Schalungsring ver¬ bunden wird, und dass der Beton segmentweise, von der Sohle über die Ulmen, abwechselnd links und rechts auf¬ steigend, bis zum Scheitel zwischen dem Schalungsring und einem relativ zum Schild beweglich angeordneten, aus Lamellen bestehenden Schildschwanzteil eingebracht wird, wobei während des Betonierens eines Elementes die letze¬ rem zugeordnete Lamelle des beweglichen Schildschwanz¬ teiles in den Schild vorgezogen wird, damit der Beton mit dem Gebirge der Tunnelwand in Kontakt kommt.
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14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Beschleunigung des Abbindens und des Erhärtens des Betons sein Stirnbereich vakuumiert und erwärmt wird,
15.- Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Montage des Schalungsringes die Stempelpressen• einer Stirnschalung und die sich auf die Gewölbeschalung abstützenden Vorschubpressen für den Schild segmentweise eingefahren und vorgezogen werden, worauf ein Schalungs¬ element montiert wird und dann die Pressen wieder ausge¬ fahren werden.
GEÄNDERTE ANSPRÜCHE (beim Internationalen Büro am 20. März 1979 (20.03.79) eingegangen)
1. Tunnelbauvorrichtung mit aus Schneide, Schildmantel und Schildschwanz bestehendem, hydraulisch vorschiebbarem Tun¬ nelschild und daran anschliessender Schalung für die Be¬ tonauskleidung, wobei der Schildschwanz aus einem fest mit dem Schildmantel verbundenen Teil und einem mittels Pres¬ sen relativ zu diesem ein- und ausziehbaren Teil besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Schildschwanz¬ teil (7) in mehrere Lamellen (7a, 7b) unterteilt ist, die beim Betonieren einzeln in den Mantel (5) vorziehbar sind, und dass die Schalung (14) mehrere, aus gewölbten Scha¬ lungselementen (16) bestehende Schalungsringe (15, 15a, 15b) aufweist sovie eine Stirnschalung, die als mehrteili¬ ger Stempel (20) ausgebildet ist, dessen Glieder mittels am Schild (1) befestigter Hydraulikpressen (21) einzeln manipulierbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (20) Einrichtungen (43, 47) zum Vakuumieren und/oder Beheizen aufweist.
-BU E
OMPI 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (20) mit Hohlräumen (23) versehen' ist, in welchen Heisswasser zirkulierbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalungsringe (15, 15a, 15b) mittels selbstzentrie¬ render Kupplungen (17) miteinander verbunden sind.
5« Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalung (14) eine wegnehmbare feuchtigkeits- und wärmedämmende Isolierung (19) aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalungsringe (15) mit ringförmigen Rippen (24) und mit Längsrippen (25) versehen sind zwecks Erzeugung eines Rasters von Ringkerben und Längskerben in der fertigen Betonauskleidung, wobei die durch diese Kerben markierten Betonblöcke im allgemeinen keine Armierung erfordern.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer Krümmung oder eines Korrekturausglei¬ ches schmale, sich konisch zuspitzende Ausgleichsringe (30) zwischen die einzelnen Schalungsringe (15, 15b) ein-
- setzbar sind. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Scheitel-/Schalungselement als Ringschlussstück bzw. Ausschalentlastungsstück ausgebildet ist, und dass es mit . einer Tangentialpresseinrichtung versehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die selbstzentrierende Kupplung (17) eine Spannstange (31) mit Spannkopf (33) und Spreizbacken (34) aufweist, dass die Spannstange (31) in einer mit einem Gegenspannkopf (38) und einem Stellring (39) versehenen Spannhülse (32) verschiebbar gelagert ist, und dass die Spannstange (31) und die Spannhülse (32) gemeinsam in das Schalungselement einziehbar sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dem konischen Gegenspannkopf (38) zugekehrten Enden der Spreizbacken (34) eine konische Ausnehmung begrenzen und dass beim Spannen der Kupplung der Gegenspannkopf (38) in die konische Ausnehmung eindringbar ist, um die Spreiz¬ backen (34) entgegen der Kraft einer Feder (36) auseinan¬ derzudrücken, wodurch die beiden Kupplungsöffnungen (40) der Schalungselemente automatisch zentrierbar und benachbar Wände der letzteren zwischen dem Stellring (42) und einem • Flansch (41) der Spreizbacken (34) einspannbar sind. -27-
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellring (39) mittels eines Gewindes (42) verstellbar an der Spannhülse (32) angeordnet ist zwecks Veränderung des Einspannabstandes zwischen dem Flansch (41) der Spreizbacken (34) und dem Stellring.
12. Tunnelbauverfahren mit Schildvortrieb und Einbau einer Ort- beton-Tunnelauskleidung unmittelbar hinter dem Schild, dadurch gekennzeichnet, dass bei im wesentlichen konti¬ nuierlichem Schildvortrieb Betonringe aus Ortsbeton etappenweise hinter dem Schild eingebracht werden, dass dazu ein aus mehreren gewölbten Schalungselementen be¬ stehender Schalungsring segmentweise hinter dem Schild montiert und mit einem benachbarten Schalungsring ver¬ bunden wird, und dass der Beton segmentweise, von der Sohle über die Ulmen, abwechselnd links und rechts auf¬ steigend, bis zum Scheitel zwischen dem Schalungsring und einem relativ zum Schild beweglich angeordneten, aus Lamellen bestehenden Schi'ldschwanzteil eingebracht wird, wobei während des Betonierens eines Elementes die letze¬ rem zugeordnete Lamelle des beweglichen Schildschwanz¬ teiles in den Schild vorgezogen wird, damit der Beton mit dem Gebirge der Tunnelwand in Kontakt kommt. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Beschleunigung des Abbindens und des Erhärtens des Betons sein Stirnbereich vakuumiert und erwärmt wird
14. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei der Montage des Schalungsringes die Stempelpressen einer Stirnschalung und die sich auf die GewölbeSchalung abstützenden Vorschubpressen für den Schild segmentweise eingefahren und vorgezogen werden, worauf ein Schalungs¬ element montiert -wird und dann die Pressen wieder ausge¬ fahren werden.
'BURE
OMPI mARTIKEL19GENANNTEERKLÄRUNG
die Anmelderin beurteilt nur die von der Recherchenstelle zitierte erste Patentschrift 408.986 als von Bedeutung. Zur Abgrenzung der vorliegenden Anmeldung gegenüber dieser Patentschrift wird ein neuer Anspruchssatz eingereicht. Die Aenderung besteht im wesent¬ lichen aus einer Zusammenfassung der bisherigen Ansprüche 1 und 2 zu einem neuen Hauptanspruch 1.
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