CH645158A5

CH645158A5 - Tunnelling shield with tunnelling machine mounted in it

Info

Publication number: CH645158A5
Application number: CH1067679A
Authority: CH
Inventors: Hans Guenter Follert; Teja Rostowski; Eberhart Unger; Thomas Dr Truemper
Original assignee: Gewerk Eisenhuette Westfalia
Priority date: 1978-11-30
Filing date: 1979-11-30
Publication date: 1984-09-14
Also published as: DE2851742C2; DE2851742A1; AT364958B; ATA605879A

Description

Die Erfindung betrifft einen Vortriebsschild mit darin gelagerter Vortriebsmaschine.

Für den Vortrieb von Tunneln, Stollen u.dgl. sind Schildvortriebseinrichtungen in verschiedenen Ausführungen bekannt, bei welchen die Vortriebsmaschine im Inneren eines zylindrischen Schildes gelagert ist, der mittels Vorschubpressen in Vortriebsrichtung vorpressbar ist (US-PS 24 66 709, DE-AS 15 34 605). Es ist auch bekannt, Vollschnittmaschinen mit gegen die Ausbruchswandung abspreizbaren Schild- und Abspannvorrichtungen auszurüsten, um die Maschine während der Vortriebsarbeit festzulegen. Ferner ist es nicht mehr neu, einen zylindrischen Schild in seiner Längsrichtung in mehrere, gegeneinander bewegliche Schildabschnitte zu unterteilen, um die Richtungssteuerung des Vortriebsschildes zu verbessern (DE-AS 12 61 813, DE-PS 12 03 300). Dabei ist es auch schon bekanntgeworden, den hinteren Schildabschnitt mit gegen die Ausbruchswandung abspreizbaren Krallen od.dgl. zu versehen (DE-PS 20 20 320) oder aber den Schneidkopf eines Schildes in einzelne Schneidsegmente zu unterteilen, die unabhängig voneinander verstellbar sind (DE-OS 16 34 232).

Aufgabe der Erfindung ist es, einen vorzugsweise als Zylinderschild ausgebildeten Vortriebsschild so auszubilden, dass eine zuverlässige Verspannung des Schildes innerhalb des Ausbruchsraumes erreichbar ist und zugleich die Steuerbarkeit des Schildes verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst,

dass der als Spreizschild ausgebildete Schild ein die Lagerung der Vortriebsmaschine bildendes Bodensegmend und zwei mit dem Bodensegment gelenkig verbundene, im Firstbereich zu dem Schild geschlossene und mittels einer Spreizvorrichtung spreizbare Spreizsegmente aufweist.

Diese Ausgestaltung des Vortreibsschildes ermöglicht es, den Schild durch Spreizen seiner Spreizsegmente innerhalb des Ausbruchsquerschnittes fest zu verspannen oder aber beim Schildvorschub die Verspannung soweit aufzuheben, dass der Schild als Baueinheit mittels der ihm zugeordneten Vorschubvorrichtung auch in Kurvenbereichen ohne weiteres vorgepresst werden kann. Die durch die Spreizbarkeit gegebene Veränderung des Schildquerschnittes begünstigt das Durchfahren von Kurven, wodurch auch die Richtungssteuerung verbessert wird. Durch die Spreizbarkeit des Vortriebsschildes wird die Lagerung der Vortriebsmaschine nicht beeinflusst, da sich die Lagerung an dem auf der Sohle abstützenden Bodensegment befindet.

Um unabhängig von dem Spreizzustand des Vortriebsschildes einen geschlossenen Schild zu erhalten, empfiehlt es sich, die Spreizsegmente so auszubilden, dass sie an ihren oberen Enden miteinander kämmen. Die Spreizsegmente weisen hierbei zweckmässig jeweils mehrere einander über-und untergreifende verjüngte kammartige Segmentfortsätze auf. Andererseits ist es aber auch möglich, zwischen den oberen Enden der Spreizsegmente mindestens ein den Schild im Firstbereich schliessendes Abdecksegment od.dgl. anzuordnen. Das Abdecksegment ist vorteilhafterweise um eine in Vortriebsrichtung weisende Gelenkachse schwenkbar mit einer Halterung od.dgl. verbunden, die an den freien Enden der Spreizsegmente verschiebbar angeordnet ist, so dass bei der Spreizbewegung der Spreizsegmente das Abdecksegment seine Lage an dem First beibehält. Die Spreizsegmente werden zweckmässig mittels hydraulischer Spreizzylindervorrichtungen gespreizt, die vorzugsweise im Firstbereich zwischen den Spreizsegmenten angeordnet sind.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemässen Vortriebsschildes sind die Spreizsegmente in Vortriebsrichtung mindestens einmal unterteilt, wobei die Spreizsegmentteile unabhängig voneinander spreizbar sind. Die Unterteilung der Spreizsegmente in Längsrichtung des Schildes ermöglicht insbesondere in Kurvensituationen eine zuverlässige Schildverspannung.

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Zur Lagerung der Vortriebsmaschine weist vorzugsweise das Bodensegment ein Lagersegment auf, welches über die die Spreizsegmente mit dem Bodensegment verbindenden Anschlussgelenke aufragt, wobei zwischen den Spreizsegmenten und dem Lagersegment ein Spiel vorhanden ist. Bei Ausnützung desselben können sich die Spreizsegmente gegen das innenliegende Lagersegment abstützen.

Die Vortriebsmaschine wird vorzugsweise im Inneren des Vortriebsschildes allseitig begrenzt schwenkbar gelagert. Es empfiehlt sich, an der Lagerung, des Bodensegmentes etwa auf halber Höhe des Schildes zwei diametral gegenüberliegende Führungsschienen schwenkbar anzuordnen, welche die Vortriebsmaschine tragen. Die beiden Führungsschienen sind dabei zweckmässig mittels Steuerzylinder allseitig begrenzt schwenkbar im Schild gelagert. Der Maschinenkörper der Vortriebsmaschine kann in Vortriebsrichtung verschiebbar an den beiden Führungsschienen gelagert sein.

Der Vortriebsschild mit der darin gelagerten Vortriebsmaschine lässt sich als Baueinheit in Vortriebsrichtung vorpressen. Vorzugsweise wird der Vortriebsschild über eine Vorschubvorrichtung mit einem gegen die Ausbruchswandung abspreizbaren Nachschleppwiderlager verbunden. Die Vorschubvorrichtung weist zweckmässig mehrere hydraulische Vorschubpressen auf, die mit dem Vortriebsschild und dem Nachschleppwiderlager raumgelenkig verbunden sind, so dass durch gesteuerte Druckbeaufschlagung der verschiedenen Vorschubpressen die Vorschubrichtung des Schildes zum Zwecke der Richtungssteuerung oder der Richtungskorrektur unterstützt wird.

In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemässen Vortriebsschild im vertikalen Längsschnitt;

Fig. 2 den Vortriebsschild im Querschnitt, wobei in der rechten Bildhälfte ein Schnitt nach Linie Ila-IIa und in der linken Bildhälfte ein Schnitt nach Linie Ilb-IIb der Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 3 im Querschnitt eine geänderte Ausführungsform des Vortriebsschildes, wobei die Vortriebsmaschine und deren Lagerung fortgelassen sind.

Die dargestellte Schildvortriebseinrichtung dient zum Vortrieb von Tunneln, Stollen oder untertägigen Strecken ud.dgl. im Gebirge oder im Erdreich. Sie weist einen zylindrischen Vortriebsschild 10 auf, in welchem eine als Vollschnittmaschine ausgebildete Vortriebsmaschine 11 gelagert ist. Der Vortriebsschild 10 wird gebildet von einem Bodensegment 12 und zwei den Ausbruchsquerschnitt im Stoss- und Firstbereich sichernden Spreizsegmenten 13 und 14, die über Anschlussgelenke 15 mit den Enden des Bodensegmentes 12 verbunden sind. Die Gelenkachsen der Anschlussgelenke 15 verlaufen in Vortriebsrichtung. Die Schildteile 12,13 und 14 bestehen jeweils aus einem Zylindersegment; sie können gleiche Bogenlängen von jeweils etwa 120° aufweisen. Statt dessen kann das Bodensegment 12 aber auch eine gegenüber den Spreizsegmenten 13 und 14 grössere Bogenlänge aufweisen, wobei die Bogenlänge der Spreizsegmente 13 und 14 gleich gross ist.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, sind die Spreizsegmente 13 und 14 so ausgebildet, dass sie an ihren oberen Enden, d.h. im Firstbereich des Ausbruchsquerschnittes, miteinander kämmen. Die Spreizsegmente :I3 und 14 weisen zu diesem Zweck an ihren oberen Enden jeweils verjüngte kammartige Segmentfortsätze 13a, 13b bzw. 14a, 14b auf, die in Längsrichtung des Schildes nebeneinander angeordnet sind. Die Segmentfortsätze 13a und 14a sind in radialer Richtung etwa um das Mass der Wandstärke der Segmentfortsätze 13b, 14b

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nach innen eingezogen. Die Anordnung ist so getroffen, dass die inneren Segmentfortsätze 13a des Spreizsegmentes 13 die Segmentfortsätze 14b des Spreizsegmentes 14 untergreifen. Entsprechend untergreifen die Segmentfortsätze 14a des Spreizsegmentes 14 die äusseren Segmentfortsätze 13b des Spreizsegmentes 13. Die Spreizsegmente 13 und 14 sind daher innerhalb des Überdeckungsmasses der Segmentfortsätze unter Verschwenkung um die Anschlussgelenke 15 gegeneinander verspreizbar, ohne dass hierbei der zylindrische Schild im Firstbereich geöffnet wird.

Zwischen den Spreizsegmenten 13 und 14 sind Spreizvorrichtungen 16 angeordnet. Diese bestehen aus Spreizzylindergruppen mit gelenkig zwischen den beiden freien Enden der Spreizsegmente 13 und 14 eingeschalteten hydraulischen Spreizzylindern 17. Durch Ausschub der Spreizzylinder 17 lassen sich daher die Spreizsegmente 13 und 14 gegen die Ausbruchswandung 18 ausspreizen, wodurch eine feste Verspannung des Vortriebsschildes innerhalb des Ausbruchsquerschnittes erreicht wird. Andererseits können die Spreizsegmente 13 und 14 durch Einschub der Spreizzylinder 17 nach innen eingespreizt werden, wodurch die Verspannung des Schildes gelöst und der Schildquerschnit vermindert wird. Damit ist es möglich, den Vortriebsschild auch bei hoher Auflast in Vortriebsrichtung V vorzupressen und den Schild auch beim Durchfahren von Kurven zuverlässig gegen das umgebende Gebirge oder Erdreich abzuspannen.

An dem Bodensegment 12 ist die Vortriebsmaschine 11 gelagert. Das Bodensegment 12 weist im vorderen Schildbereich ein mit ihm starr und einstückig verbundenes Lagersegment 19 auf, welches ebenso wie das Bodensegment aus einem formsteifen Kastenprofil besteht. Wie Fig. 2 zeigt, ragt das Lagersegment 19 mit seinen Segmentenden 19' über die Anschlussgelenke 15 nach oben bis über die Schildmitte auf. In Nähe der oberen Enden des Lagersegmentes sind in dessen vorderen Bereich Führungsschienen 20 allseitig begrenzt schwenkbar gelagert. Die Lagerung erfolgt mittels balliger oder kardanischer Gelenkstücke 21, die in Pfannenlagern 22 des Lagersegmentes 19 in der Horizontalebene des Schildes schwenkbar gelagert sind und die Gelenkzapfen 23 aufweisen, welche in Gelenköffnungen der Führungsschienen 20 eingreifen. Die Anordnung ist so getroffen, dass die beiden Führungsschienen 20 sowohl in der Horizontalebene als auch in der Vertikalebene begrenzt gelenkig an dem Lagersegment 19 aufgehängt sind. An den beiden parallelen Führungsschienen 20 ist der Maschinenkörper 24 in Vorschubrichtung und in Gegenrichtung verschiebbar geführt, der zu diesem Zweck die Führungsschienen 20 umgreifende Lager- und Führungsflächen 25 auf seinen beiden diametral gegenüberliegenden Seiten aufweist. Der Maschinenkörper 24 trägt etwa in kreisförmiger Anordnung mehrere Antriebsmotoren 26 für den Antrieb des rotierenden Bohrkopfes 27, der mit Bohrwerkzeugen, z.B. Rollenmeisseln 28, bestückt ist.

Im Abstand hinter den Gelenken 21 bis 23 der Führungsschienen 20 sind hydraulische Steuerzylinder 29 und 30 zwischen dem Lagersegment 19 und den Führungsschienen 20 vorgesehen. Mit Hilfe der Steuerzylinder 30 lassen sich die beiden parallelen Führungsschienen 20 nebst Vortriebsmaschine 11 in der Horizontalebene verschwenken, während zur Verschwenkung der Führungsschienen 20 und der Vortriebsmaschine 11 in der Vertikalebene die Steuerzylinder 29 dienen. Mit Hilfe der Steuerzylinder 29 und 30 kann daher die Vortriebsmaschine 11 in allen Raumrichtungen begrenzt gegenüber dem Vortriebsschild verschwenkt werden.

Zwischen dem Bodensegment 12 oder einem Anbauteil desselben und dem Maschinenkörper 24 der Vortriebsmaschine 11 sind vier hydraulische Vorschubzylinder 31 gelenkig eingeschaltet, mit welchen sich die gesamte Vortriebsmaschine 11 an den Führungsschienen 20 geführt in

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Vortriebsrichtung V gegen die Ortsbrust 32 vorschieben und anpressen lässt.

Der Maschinenkörper 24 der Vortriebsmaschine 11 weist eine zentrale Durchbrechung 33 für einen Bodenförderer 34 auf, der als Gurtbandförderer ausgebildet ist und sich in der Schildachse etwa vom Bohrkopf 27 bis zu einer hinter dem Schild liegenden Abwurfstelle erstreckt, an der das Bodenmaterial auf einen nachgechalteten, ansteigenden Förderer 35 abgeworfen wird. Der Förderer 35 befindet sich an einem Nachläufer 36, welcher dem Vortriebsschild nachgeführt wird und der mit einer Setzvorrichtung für den Einbau des Ausbaus 37 versehen sein kann, der hier aus einem ringförmigen Rahmenausbau besteht. Über den Förderer 35 wird das Haufwerk z.B. in Förderwagen 38 abgeworfen, die auf Schienen 39 laufen.

Der Vorschub des Vortriebsschildes 10 erfolgt mittels doppeltwirkender hydraulischer Vorschubpressen 40, die, wie Fig. 1 zeigt, zwischen dem Schild und einem Nachschleppwiderlager 41, mit beiden Teilen raumgelenkig verbunden, eingeschaltet sind, so dass durch gesteuerte Druckbeaufschlagung der Vorschubpressen 40 auch eine Richtungssteuerung des Schildes unterstützt wird. Das Nachschleppwiderlager 41 besteht aus Schildteilen 42, die sich mittels hydraulischer Spreizzylinder 43 und 44 gegen die Ausbruchswandung 18 verspannen lassen, so dass sie ein festes Widerlager für die Vorschubpressen 40 bilden. Nach dem Vorschub des Vortriebsschildes um den Hub der Vorschubpressen 40 kann das Nachschlepp Widerlager 41 nach Druckentlastung der Spreizzylinder 43,44 nachgeholt werden.

Wie Fig. 2 zeigt, ist zwischen den aufragenden Teilen 19' des Lagersegmentes 19 und den Spreizsegmenten 13 und 14 ein das Einspreizmass begrenzendes Spiel X vorhanden. Die beiden Spreizsegmente 13 und 14 des Vortriebsschildes sind vorzugsweise in Schildlängsrichtung auch ein- oder mehrmals unterteilt, wobei sich die Spreizsegmentteile gemeinsam oder auch unabhängig voneinander aus- und einspreizen s lassen. Hierdurch wird die Kurvengängigkeit des Vortriebsschildes sowie seine Verspannung insbesondere beim Kurvendurchgang noch verbessert. In Fig. 1 ist bei S eine Trennlinie angedeutet, an welcher die Spreizsegmente 13 und 14 unterteilt sein könnten, so dass jedes Spreizsegment 13 und io 14 von zwei Segmentteilen gebildet wird.

Anstelle der kämmenden Anordnung der Spreizsegmente im Firstbereich kann gemäss Fig. 3 zur Abdeckung des Spaltes zwischen den oberen Enden der Spreizsegmente 13 und 14 ein besonderes Abdecksegment 49 vorgesehen ls werden, welches über Gelenke 45 mit einer Halterung 46 verbunden ist, die in Öffnungen 47 der Spreizsegmente 13 und 14 verschiebbar ist. Das Abdecksegment 49 deckt somit den Spalt zwischen den freien Enden der Spreizsegmente 13 und 14 unabhängig von dessen jeweiligen} Spreizzustand ab. Die 20 Gelenkverbindung 45 ermöglicht eine Anpassung des Abdecksegmentes 49 an den jeweiligen Ausbruchsquerschnitt. Die Gelenkachse des Gelenks 45 verläuft in Vortriebsrichtung. Die Gelenkverbindung und auch die kammartige Verbindung der beiden Spreizsegmente bewirken die 2s Führung dieser beiden Spreizsegmente, damit sie gleich-mässig ausfahren und keine unkontrollierten Bewegungen ausführen.

Das zylindrische Abdecksegment 49 kann ebenfalls in Längsrichtung unterteilt sein; es weist beiderseits des Gelenks 30 45 an der Unterseite Abstützflächen 48 auf, mit denen es sich an den nach innen eingezogenen freien Enden der Spreizsegmente 13 und 14 abstützt.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

645158 PATENTANSPRÜCHE

1. Vortriebsschild mit darin gelagerter Vortriebsmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass der als Spreizschild ausgebildete Schild (10) ein die Lagerung der Vortriebsmaschine bildendes Bodensegment (12) und zwei mit dem Bodensegment gelenkig verbundene, im Firstbereich zu dem Schild geschlossene und mittels einer Spreizvorrichtung (16) spreizbare Spreizsegmente (13,14) aufweist.

2. Vortriebsschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizsegmente (13,14) an ihren oberen Enden miteinander kämmen.

3. Vortriebsschild nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizsegmente (13,14) jeweils mehrere einander über- und untergreifende verjüngte kammartige Segmentfortsätze (13a, 13b, 14a, 14b) aufweisen.

4. Vortriebsschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den oberen Enden der Spreizsegmente (13,14) mindestens ein den Schild (10) im Firstbereich schliessendes Abdecksegment (49) angeordnet ist.

5. Vortriebsschild nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdecksegment (49) um eine in Vortriebsrichtung weisende Gelenkachse schwenkbar mit einer an den freien Enden der Spreizsegmente (13,14) verschiebbar angeordneten Halterung (46) verbunden ist.

6. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizsegmente (13,14) in Vortriebsrichtung (V) mindestens einmal unterteilt sind, wobei die Spreizsegmentteile unabhängig voneinander spreizbar sind.

7. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizsegmente (13,14) mittels hydraulischer Spreizzylindervorrichtungen (17) spreizbar sind, die im Firstbereich zwischen den Spreizsegmenten angeordnet sind.

8. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagerung der Vortriebsmaschine (11) das Bodensegment (12) ein Lagersegment (19) aufweist, welches über die die Spreizsegmente (13,14) mit dem Bodensegment (12) verbindenden Anschlussgelenke (15) aufragt, wobei gegebenenfalls zwischen den Spreizsegmenten und dem Lagersegment ein Spiel (X) vorhanden ist.

9. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Bodensegment (12) bzw. dessen Lagersegment (19) auf halber Höhe des Schildes zwei diametral gegenüberliegende Führungsschienen (20) schwenkbar gelagert sind, welche die Vortriebsmaschine (11) tragen.

10. Vortriebsmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Führungsschienen (20) mittels Steuerzylinder (29,30) allseitig begrenzt schwenkbar im Bodensegment (12) bzw. dessen Lagersegment (19) gelagert sind.

11. Vortriebsmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenkörper (24) der Vortriebsmaschine (11) in Vortriebsrichtung verschiebbar an den beiden Führungsschienen (20) gelagert ist.

12. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass er so ausgebildet ist, dass er über eine Vorschubvorrichtung mit einem gegen die Ausbruchswandung abspreizbaren Nachschlepp Widerlager (41) verbindbar ist, wobei die Vorschubvorrichtung aus mit dem Vortriebsschild und dem Nachschlepp Widerlager raumgelenkig zu verbindenden Vorschubpressen (40) besteht.