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Verfahren zum unterirdischen Herstellen von Tunnels. Stollen oder
ähnlichen langgestreckten Bauwerken unter Verwendung eines Vortriebsschildes Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum unterirdischen Herstellen von Tunnels, Stollen,
Kanälen oder ähnlichen langgestreckten Bauwerken unter Verwendung eines V ortriebsschildes.
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Zum Herstellen solcher Bauwerke ist es bekannt, den in dem Vortriebsschild
gelösten Ausbruchboden mittels eines fahrbaren Förderkübels abzutransportieren und
den Ausbruchraum mit als geschlossene Ausbauringe oder -rahmen ausgebildeten Fertigteilen
zu verkleiden, die mittels eines Rüstwagens in einen hinteren Aufstellraum des Vortriebsschildes
eingefahren und in diesem durch Schwenken um verschiedene Achsen aufgerichtet und
in ihre Einbaustellung gebracht werden.
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Bei diesem bekannten Verfahren ist zum Einfüllen des beim Vortreiben
des Schildes gelösten Bodens in einen Förderwagen ein Förderband vorgesehen, das
jeweils während des Aufstellens eines Fertigteilringes in eine SchrägsteIlung vorgezogen
wird. Ein leerer Förderwagen kann bei ihm an seine Beladestelle vor Ort immer erst
dann gefahren werden, wenn der Rüstwagen nach dem Aufstellen eines Fertigteilringes
bis zum nächsten Förderschacht zurückgefahren worden ist.
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Demgegenüber soll durch die Erfindung ein Verfahren geschaffen werden,
bei dem Leerfahrten vermieden und ein kontinuierlicher Betrieb gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Förderkübel
jeweils beim Einfahren des einen Fertigteilring oder -rahmen vorbringenden Rüstwagens
von diesem mit vor Ort gebracht, dort unmittelbar nach dem Einbauen des Ringes oder
Rahmens beladen und auf dem zurückfahrenden Rüstwagen unter Benutzung desselben
als Förderwagen zurückgebracht wird und daß der Vortriebsschild während der Rückfahrt
des Förder- und Rüstwagens und der anschließenden Vorfahrt desselben mit einem Fertigteilring
oder -rahmen und einem leeren Förderkübel um ein der Breite eines Fertigteilringes
oder -rahmens entsprechendes Vorbaumaß vorgetrieben wird.
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Das Verfahren wird vorzugsweise so gehandhabt, daß der Förder- und
Rüstwagen nach dem Einbau eines Fertigteilringes oder -rahmens aus seiner Einbaustellung
bis in die am Ende des Vortriebsschildes mögliche äußerste Stellung vorfährt und
mittels eines den Aufstellraum des Vortriebsschildes überbrückenden Förderers Ausbruchboden
in den von ihm mitgenommenen Förderkübel aufnimmt.
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Dabei können der Förderer sowie die anderen auf dem Förder- und Rüstwagen
angeordneten Vorrichtungen und der Fahrmotor des Wagens mit Druckluft betrieben
werden, die beim Aufenthalt des Wagens vor Ort aus der z. B. zur Betätigung der
Vortriebspressen bis dorthin geführten Druckluftleitung entnommen und für die Rückfahrt
und anschließende Wiedervorfahrt des Wagens in auf dem Wagen mitgeführten Druckluftflaschen
gespeichert wird.
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Eine bevorzugte Ausführungsform eines zur Durchführung des Verfahrens
bestimmten Förder-und Rüstwagens mit einem zum Aufnehmen und Einbauen der Fertigteilringe
oder -rahmen dienenden vorderen Ausleger ergibt sich, wenn der Ausleger mit zwei
symmetrisch zur Längsmittelachse des Wagens angeordneten Gabelarmen versehen ist,
zwischen denen ein auf dem Wagen in Längsrichtung verschiebbares Förderband aus
einer hinteren Außerbetriebsstellung in eine vordere Betriebsstellung zum Aufnehmen
von Ausbruchboden bewegbar ist.
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An Hand der Zeichnungen ist nachstehend ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 einen vertikalen Längsschnitt
durch die Vortriebsstrecke mit Vortriebsschild, Förder- und Rüstwagen und teilweise
eingebauter Auskleidung, F i g. 2 einen waagerechten Schnitt nach der Linie A-B
in F i g.1, F i g. 3 einen Querschnitt nach der Linie C-D in Fig. 1, F i g. 3 a
bis 3 c verschiedene andere Querschnittsgestaltungen für den Vortriebsschild und
die Fertigteilringe oder -rahmen, F i g. 4 und 5 den F i g. 1 bzw. 2 entsprechende
Längsschnitte, in denen jedoch der Druckring des Vortriebsschildes zur Ermöglichung
des Einfahrens eines Fertigteilringes in der Vortriebsrichtung nach vorn verschoben
ist,
F i g. 6 und 7 Längsschnitte entsprechend F i g. 4 bzw. 5,
jedoch nach dem Drehen des Fertigteilringes um 90° um seine Längsachse, F i g. 8
und 9 Längsschnitte entsprechend F i g. 6 bzw. 7, jedoch nach dem Aufrichten des
Fertigteilringes um seine Querachse und nachdem der Druckring des Vortriebsschildes
zur Anlage an den aufgerichteten Fertigteilring zurückgeschoben worden ist, F i
g. 10 und 11 Längsschnitte entsprechend F i g. 8 bzw. 9, jedoch während des Vortriebs
nach vollem Zurückfahren des Druckringes, wobei der Förder- und Rüstwagen bis an
seine äußerste Grenze vorgefahren und sein Förderer vorgeschoben ist, um den weiteren
Bodenaushub in den Förderkübel zu bringen, und F i g. 12 und 13 eine Ausführungsform
mit rechteckigem Schildquerschnitt.
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Gemäß F i g. 1 dient zum Vortrieb des Tunnels oder Stollens der in
F i g. 3 im Querschnitt dargestellte, elliptische Vortriebsschild 4, der
mittels der Pressen 13 in der gewünschten Richtung vorgetrieben wird. Zur
Vornahme von Korrekturen der Vortriebsrichtung nach Höhe und Seite kann der Schild
aus einzelnen gegeneinander winkelverstellbaren Längsabschnitten bestehen. Die Pressen
13 sind zwischen einem an dem Schildmantel fest angebrachten Vorschubring
14 und einem gegenüber dem Schildmantel verschiebbaren Druckring 12 angeordnet,
mittels dessen sich die Pressen 13 beim Vortreiben des Schildes 4 auf die
bereits eingebauten Ausbauringe der Auskleidung 2 abstützen. Die Ausbauringe bestehen
bei den dargestellten Ausführungsbeispielen aus Stahlbetonfertigteilen 1, sie könnten
z. B. aber auch aus Stahl oder einem anderen Baustoff bestehen, der in der Lage
ist, die anfallenden Lasten aufzunehmen. In jedem Fall sind aber die Fertigteile
1 als fertig geschlossene Ringe oder Rahmen ausgeführt, und ihre Form ist
in tlbereinstimmung mit dem Querschnitt des Vortriebsschildes 4 und damit auch der
Vortriebsstrecke so gewählt, daß die Fertigteile 1 einerseits durch den Innenquerschnitt
der bereits eingebauten Aussteifungsringe bzw. Auskleidung 2 eingefahren
und andererseits im Aufstellraum 17 des Vortriebsschildes 4 so geschwenkt
werden können, daß Ring vor Ring dicht aneinanderliegend eingebaut werden kann.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 bis 11 haben der Vortriebsschild
4 und die Fertigteihinge 1 die dargestellte elliptische Form, die einerseits
für den Tunnel oder Stollen ein in statischer Hinsicht und auch im Hinblick auf
die Unterbringung von Anlagen sehr geeignetes Profil bildet und andererseits ermöglicht,
daß die Fertigteile l bei nur etwas geringeren Abmessungen als der Innenquerschnitt
des Schildes 4 noch leicht durch das Profil der fertigen Auskleidung 2 eingefahren
und in dem Aufstellraum 17 des Schildes 4 gehandhabt werden können. Derartige
Möglichkeiten bestehen aber auch, wenn eine rechteckige Querschnittsform, etwa nach
F i g. 3 a gewählt wird. Der Querschnitt des Vortriebsschildes 4 und damit des Tunnels
oder Stollens und die Form der Fertigteihinge oder -rahmen 1 kann
aber gemäß F i g. 3 b auch vieleckig oder gemäß F i g. 3 c fußförmig ausgebildet
sein. Außerdem kommen alle anderen Querschnittsformen in Betracht, die einerseits
mindestens eine Symmetrieachse aufweisen und andererseits so gestaltet sind, daß
ihr Außenmaß in Richtung der kleinen Achse kleiner ist als ihr lichtes Maß in Richtung
der großen Achse oder Diagonalen. Dabei kann die Anordnung so sein, daß die kleine
Achse oder die große Achse waagerecht bzw. senkrecht verläuft.
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Gemäß F i g. 3 ist im unteren Drittel der Fertigteile 1 eine Lauffläche
5 für die Durchführung von Förderarbeiten angeordnet. Ferner kann in einfacher Weise
unter der Lauffläche 5 ein Hohlraum 6 in jedem Fertigteil l angebracht sein, der
mit den Hohlräumen 6 der anderen Fertigteile in der fertigen Auskleidung 2 einen
Kanal 18 als Drainage für den Tunnel oder Stollen bildet.
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Zur Herstellung des Tunnels ist eine Hilfsvorrichtung in Gestalt eines
Förder- und Rüstwagens 7 vorgesehen, der auf den Laufflächen 5 der bereits eingebauten
Fertigteilringe 1 verfahrbar und mit einer aus einem schwenk- und drehbaren Ausleger
10 bestehenden Haltevorrichtung für die Fertigteilringe 1 versehen ist. Außerdem
sind auf dem Förder- und Rüstwagen 7 ein in Längsrichtung verschiebbares Förderband
19 sowie ein Förderkübel 20 angeordnet. Mittels des Wagens 7 kann ein Fertigteilring
1, der z. B. durch einen nicht dargestellten Arbeitsschacht in die Vortriebsstrecke
eingebracht worden ist, erfaßt und in der aus F i g. 1 ersichtlichen Lage, d. h.
parallel zur vertikalen Längsmittelebene des Tunnels oder Stollens mit liegender
Längsachse durch die bereits fertiggestellte Auskleidung 2 hindurch bis in den Aufstellraum
17 des Schildes 4 eingefahren werden. Nachdem der Fertigteilring 1 so bis vor Ort
gebracht worden ist, wird der Ausbruch an der Tunnel- oder Stollenbrust 11 vorübergehend
eingestellt und der Druckring 12 des Schildes 4 mit den Pressenspindeln oder -kolben,
wie aus F i g. 4 und 5 ersichtlich ist, bis zum Anschlag an einen den Aufstellraum
17 des Schildes 4 nach vorn begrenzenden Ring 14a vorgeschoben. Der Fertigteilring
1 wird nun unmittelbar vor Ort zunächst um seine Längsachse um 90° gedreht, so daß
die kleinere Achse der Ellipse aus der lotrechten Stellung in die waagerechte Lage
kommt. Der Ring 1 füllt dabeimitseinerkleinerenAchsebzw.Breite die Breite bzw. lichte
Weite des Vortriebsschüdes 4 aus, wie aus F i g. 7 ersichtlich ist. Anschließend
hieran wird der Fertigteilring 1 um die kleine Achse wieder um 90° gedreht, so daß
er in die lotrechte Stellung nach F i g. 8 und 9 aufgerichtet wird. In dieser Stellung
wird er unter voller Ausfüllung des Vortriebsschildes 4 mittels des Förder-
und Rüstwagens 7 zurückgezogen, bis er sich gegen den zuvor eingebauten Ring 15
der bereits fertiggestellten Auskleidung 2 dicht anlegt. Nunmehr wird der Druckring
12 des Vortriebsschildes 4 wieder in die aus F i g. 1 ersichtliche Stellung zurückgeschoben,
so daß bei Betätigung der Pressen 13 einerseits dieser Ring 12 fest gegen die bestehende
Auskleidung 2 angepreßt und andererseits der Vortriebsschild 4 um das gewünschte
Vortriebsmaß, das hier der Breite eines Fertigteilringes 1 entspricht, vorgetrieben
wird.
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Während dieser Vorgänge wird zur Erleichterung und Beschleunigung
der Arbeiten der Förder- und Rüstwagen 7 aus der in F i g. 8 und 9 dargestellten
Stellung bis in seine äußerste Stellung nach F i g. 10 und 11 vorgeschoben, und
dabei außerdem das längsbewegliche Förderband 19 zum Beladen des Förderkübels 20
in seine vorderste Stellung vorgefahren. Der Förderkübel ist in seiner Größe so
bemessen, daß er gerade den beim Vortrieb des Schildes 4
nm
die Breite eines Fertigteilringes 1 anfallenden Boden in aufgelockertem Zustand
aufnehmen kann. Nach dem Beladen des Förderkübels 20 wird der Förder- und Rüstwagen
mit nach vorn ausgefahrenem Förderband bis zum Arbeitsschacht zurückgefahren. Dort
wird zunächst der volle Förderkübel abgehoben, entleert und ein leerer Kübel auf
den Wagen 7 aufgesetzt. Anschließend wird das Förderband auf dem Wagen 7 zurückgefahren,
so daß der Ausleger 10 zum Erfassen des nächsten Fertigteilringes 1 frei wird. Dieser
wird durch den Arbeitsschacht herabgelassen und von dem Förder- und Rüstwagen aufgenommen,
worauf dieser vor Ort gefahren wird und der geschilderte Arbeitsgang von neuem beginnt.
Während des Entladens und Beladens des Wagens 7 wird vor Ort der Ausbruch um eine
Ringbreite vorgetrieben, so daß ein kontinuierliches Arbeiten ermöglicht ist.
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Der Antrieb des Förder- und Rüstwagens sowie der auf ihm angeordneten
Vorrichtungen erfolgt zweckmäßig durch Druckluft, da Druckluft in den meisten Fällen
auch für die Arbeiten vor Ort benötigt wird. Auch können die Pressen 13 des
Vortriebsschildes 4 mit Druckluft betrieben werden, solange keine allzu große
Vortriebskraft benötigt wird. Der Förder- und Rüstwagen 7 kann dort, wo die meiste
Energie verbraucht wird, das ist unmittelbar vor Ort, mittels Schnellkupplungen
an die Druckluftleitung angeschlossen werden. Dabei kann. die Druckluft unmittelbar
den verschiedenen Arbeitsvorrichtungen des Wagens 7 zugeführt oder in auf diesem
angeordneten Druckluftflaschen 21 gespeichert werden, so daß der Wagen ohne
ständigen Leitungsanschluß bis zum Arbeitsschacht zurück und wieder bis vor Ort
vorfahren kann. Die Druckluft kann überdies zur Bewetterung des Tunnels oder Stollens
dienen.
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Beim Vortrieb etwa anfallendes Wasser, z. B. Grundwasser, kann leicht
mittels des durch die öffnungen 6 der Fertigteilringe 1 gebildeten Kanals 18 abgeleitet
werden. Fall erforderlich, können auf die Außenflächen der einzelnen Fertigteilringe
1 vor deren Einbau Dichtungsmittel, gegebenenfalls auch Dichtungsbänder aufgebracht
werden, die sich bei eingebauten Ringen überlappen. Auch kann beim Aufstellen der
Fertigteilringe zwischen diese ein Dichtungsmittel eingebracht werden.
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Wie bereits erwähnt, kann der Vortrieb mittels des Vortriebsschildes
4 so ausgeführt werden, daß praktisch überhaupt kein Hohlraum außerhalb des Tunnel-
oder Stollenprofils entsteht. Die Stahlbetonfertigteile können so genau gefertigt
werden, daß sie gegen-
über der Innenfläche des Vortriebsschildes nur ein
geringes Spiel haben, das notwendig ist, um die Fertigteile in dem Aufstellraum
17 des Schildes 4 zu drehen und zu schwenken. Die Wandstärke des Vortriebsschildes
ist bei Ausführung in Stahl verhältnismäßig dünn, da sich der Schild 4, wie bereits
erwähnt, mit seinem Ende immer auf tragende Bauglieder bzw. auf die den Erddruck
aufnehmenden Fertigteilringe abstützt. Zwischen dem an der Außenfläche des Schildes
anliegenden Boden und dem Außenumfang der Fertigteile bleibt somit, wenn diese aufgerichtet
von dem Schild freigegeben werden, nur ein kleiner Zwischenraum. Dieser Zwischenraum
würde, obwohl er nur in der Größenordnung von wenigen Zentimetern liegt, jedoch
dazu führen, daß der Fertigteilring bei seiner Freigabe durch den Schild sich um
das Maß dieses Spielraumes setzt. Dies kann vermieden werden, wenn im unteren Drittel
des Vortriebsschildes in der Breite mehrerer Fertigteilringe der Mantel des Vortriebsschildes
weggelassen und der Streifen kurz vor dem Aufstellen des jeweils nächsten Fertigteilringes
z. B. durch Einbringen von Boden oder Beton oder durch Einlegen von Bändern aus
nicht zusammendrückbarem Werkstoff satt .ausgefüllt wird. Es bleibt dann nur an
den Seiten und im Scheitel des zuletzt aufgestellten Fertigteilringes ein schmaler
Spalt von der Stärke des Schildmantels. Im Bedarfsfalle kann dieser Zwischenraum
durch Einpressen von Sand, Mörtel, Beton od. dgl. durch in den Fertigteilringen
angeordnete Einpreßlöcher satt ausgefüllt werden.
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Bei sorgfältiger Ausrichtung des Vortriebsschildes 4 und bei gleichmäßiger
Betätigung der Pressen kann die Richtung des Tunnel- oder Stollenvortriebes mit
genügender Genauigkeit von Arbeitsschacht zu Arbeitsschacht eingehalten werden.
Trotzdem kann es notwendig werden, während des Vortriebes Korrekturen vorzunehmen.
Dies ist möglich, wenn ein Vortriebsschild angewendet wird, der, wie bereits erwähnt,
in mehrere Längsabschnitte unterteilt ist und dessen so gebildete Lenkabschnitte
gegeneinander winkelverstellbar sind.
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In F i g. 12 und 13 ist eine Ausführungsform mit rechteckigem Querschnitt
für den Vortriebsschild 4
dargestellt. Demgemäß sind die Fertigteile als Rechteckrahmen
1 a mit den Rahmenstielen 1 b und den Rahmenriegeln 1 c ausgebildet. Bei
dieser Ausführungsform haben die Rahmenstiele und -riegel 1 b, 1 c keinen vollen
Querschnitt, sondern einen aufgelösten Querschnitt, der nach F i g. 13 doppel-T-förmig
ist. Dieser Querschnitt könnte z. B. aber auch T-, L-, U-förmig oder ähnlich gestaltet
sein. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich, wenn die Hohlräume 31 zwischen den
Fertigteilrahmenla mit Beton oder Zementmörtel ausgefüllt werden, einerseits eine
gute Sicherung gegen eine etwaige gegenseitige Bewegung der eingebauten Fertigteilringe,
und andererseits wird verhindert, daß Boden durch die Fugen zwischen den Fertigteilringen
1 a z. B. durch Auswaschen eindringen kann. Zweckmäßig wird das Füllmaterial in
die Hohlräume 31 eingepreßt, wobei zugleich etwa vorhandene Zwischenräume zwischen
der Außenfläche der Fertigteilringe und dem anstehenden Boden ausgefüllt werden.
Dabei kann der Preßdruck so gewählt werden, daß der ursprüngliche Spannungszustand
im Boden wiederhergestellt wird. Dies ist insbesondere in bebauten Gebieten von
Bedeutung, weil hierdurch Setzungen im Boden mit Sicherheit vermieden werden können.
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Das Einpressen des Füllmaterials erfolgt mittels der in F i g. 12
und 13 angedeuteten Leitungen 32, die von im Vorderteil des Schildes 4 aufgestellten,
nicht dargestellten Preßpumpen ausgehen und an der Außenfläche des Schildes 4 entlanggeführt
sind. Hierdurch wird ermöglicht, daß der Einpreßvorgang kontinuierlich mit dem Vortrieb
durchgeführt werden kann.
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Die Leitungen 32 können zwischen äußeren Verstärkungsrippen
33 des Schildes 4 angeordnet sein; sie können aber auch selbst solche
Verstärkungsrippen bilden.