DE2913091A1

DE2913091A1 - Verfahren und vorrichtung zum auffahren und ausbauen mit ortbeton von tunnels, unterirdischen strecken o.dgl.

Info

Publication number: DE2913091A1
Application number: DE19792913091
Authority: DE
Inventors: Klaus Prof Dipl Ing D Beckmann
Original assignee: Gewerkschaft Eisenhutte Westfalia GmbH
Current assignee: Caterpillar Global Mining Europe GmbH
Priority date: 1979-04-02
Filing date: 1979-04-02
Publication date: 1980-10-16
Also published as: DE2913091C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Auffahren und Ausbauen mit Ortbeton
von Tunnels, unterirdischen Strecken oder dergleichen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bzw. 2.
Ein solches Verfahren und ein Vortriebsschild zur Durchführung dieses Verfahrens sind in der DE-OS 22 40 091 offenbart Diesem Vortriebsschild ist eine aus einer Innenschalung und einer Stirnschalung bestehende Schalung für den Ortbeton nachgeordnet, wobei die Stirnschalung nach Art eines Druckringes ausgebildet ist, an dem sich die Vortriebszylinder des Vortriebsschildes abstützen. Die Stütz- bzw. aus dem Vortrieb resultierenden Reaktionskräfte des Vortriebsschildes werden von der Stirnschalung und der Innenschalung gemeinsam auf genommen, wobei ein großer Teil dieser Kräfte auf den zwischen der Innenschalung, der Stirnschalung und der Ausbruchswandung eingeschlossenen noch flüssigen Beton übertragen wird, der dabei verdichtet und entwässert wird.
Deshalb ist der Beton nach dem bekannten Verfahren und bei dem bekannten Vortriebsschild mit vertretbaren Mitteln nur dann einbringbar, wenn die Vortriebszylinder nicht aktiv beaufschlagt werden, d. h., wenn der Vortrieb unterbrochen wird, oder der Beton müßte mit einem sehr hohen Druck eingepreßt werden. Das erstere führt zu einer erheblichen Verringerung des Abbaufortschritts. Das letztere wäre zu aufwendig und ist bei den vorgegebenen Verhältnissen im untertägigen Vortrieb kaum realisierbar.
Das bekannte Verfahren ist insbesondere dann nachteilig, wenn in einem wasserhaltigen Boden mit einem sogenannten Hydroschild (flüssigkeitsgestützte Ortsbrust) vorgetrieben werden soll. In einem solchen Fall kann der Vortriebsschild aufgrund des Wasserdrucks ständig mit einer so hohen entgegen der Vortriebsrichtung gerichteten Kraft belastet sein, daß das Einbringen des Beton mit vertretbaren Mitteln gar nicht möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Gattung zu finden, das es ermöglicht, den Ortbeton auch während des Vortreibens des Vortriebsschildes mit einem verhfiltnismäßig niedrigen Druck dicht einzubringen. Diese Aufgabe wird nach der Lehre aus dem Anspruch 1 gelöst. Bei einem dieser Lehre entsprechenden Verfahren werden die entgegen der Vortriebsrichtung gerichteten Stützkräfte des Vortriebsschildes, beispielsweise Reaktionskräfte einer Ortsbrustabstützung, und aus dem Vortrieb resultierende Reaktionskräfte an der Innenschalung abgesetzt. Hierdurch wird die relativ zur Innenschalung verschiebbare Stirnschalung von den Stütz- bzw. Reaktionskräften freigestellt, so daß sie auch während des Vortriebs dem Betonierfortschritt zu folgen vermag, wobei durch den Andruck gegen den Ortbeton gesichert ist, daß der Ortbeton den zu verfüllenden Raum gleichmäBig und dicht ausfüllt. Durch den Andruck ist darüber hinaus gewährleistet, daß die Stirnschalung beim Vortreiben des Vortriebsschildes am Ortbeton verbleibt, so daß sich keine Hohlräume bilden. Dabei ist die Innenschalung so lang zu bemessen, daß sie die Stütz-und Reaktionskräfte aufgrund der Reibung zwischen der Innenschalung und dem Beton aufzunehmen vermag. Durch Spreizvorrichtungen ist es möglich, diese Reibung zu vergrößern, so daß dadurch die Länge der Innenschalung reduziert werden kann.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 2 führt zu einem Vortriebsschild, mit dem das Verfahren nach Anspruch 1 vorteilhaft durchgeführt werden kann.
Die Ausbildung nach Anspruch 3 zeigt ein preiswertes Mittel auf, mit dem der Andruck erzeugt werden kann. Hierzu dienen Hydraulikzylinder, deren Schubkraft beispielsweise durch überdruckventile in den hydraulischen Zuführleitungen auf eine Größe begrenzt ist, die kleiner ist als die entgegengerichtete Kraft, die der Betondruck an der Stirnschalung erzeugt. Hierdurch vermag die Stirnschalung dem Betonierfortschritt zu folgen, wobei der Andruck erhalten bleibt.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist insbesondere dann vorteilhaft einzusetzen, wenn der Vortriebsschild fortwährend unter einer entgegen der Vortriebsrichtung gerichteten Belastung steht, wie es beispielsweise bei einem sogenannten Hydroschild der Fall ist. Aufgrund dieser besonderen Ausgestaltung ist es möglich, den vordersten Innenschalungs-Tübbing zu setzen und einen (oder mehrere) der Hydraulikzylinder an diesem Innenschalungs-Tübbing abzustützen, während der andere (oder mehrere) Hydraulikzylinder am nun zweiten Innenschalungs-Tübbing abgestützt ist. Somit ist der Vortriebsschild fortwährend in der Vortriebsrichtung entgegengesetzter Richtung abgestützt.
Nach den Ansprüchen 5 und 6 werden Möglichkeiten aufgezeigt, mit denen die Hydraulikzylinder mit der Innenschalung schnell und sicher in Verbindung bzw. außer Verbindung zu bringen sind. Gemäß Anspruch 5 sind Verbindungsglieder mit Taschen vorgesehen, in die die Hydraulikzylinder einfassen. Aufgrund der allseitig geringfügig schwenkbaren Halterung der Hydraulikzylinder am Vortriebs schild ist die spannungsfreie Ausrichtung der Hydraulikzylinder nach der tatsächlichen Stellung der Tasche gewährleistet.
Nach Anspruch 6 sind die Verbindungsglieder durch eine Schnellschlußverbindung an der Innenseite der Innenschalung anschließbar.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer vereinfachten Zeichnung beschrieben.
Die Zeichnung zeigt einen erfindungsgemäß ausgestalteten Vortriebsschild im lotrechten Längsschnitt. Der allgemein mit 1 bezeichnete Vortriebsschild ist während des Vortriebs im Boden 2 dargestellt. Der Ausbruchsquerschnitt wird durch einen hinter dem Vortriebsschild 1 ringförmig eingebrachten Ortbeton 4 gesichert, der als Flüssigbeton zwischen einer dem Vortriebsschild 1 nachgeordneten Innenschalung 5 und der Ausbruchswandung 6 durch eine nur andeutungsweise dargestellte Betonleitung 7 eingebracht wird. Ortsbrustseitig ist der zu verfüllende Ringraum 8 durch eine Stirnschalung 9 verschlossen, die in noch zu erklärender Weise längs der Schildachse 11 verschiebbar ist. Die Innenschalung 5 erstreckt sich über eine Länge 1 von in etwa 30 m und besteht aus einzelnen Tübbing-Segmenten 12, die im Zuge des Abbaufortschritts am rückseitigen Ende der Innenschalung 5 demontiert und am ortsbrustseitigen Ende wieder montiert werden. Die Innenschalung 5 vermag somit zu wandern, obwohl sie nicht verschoben wird.
Der Vortrieb des Vortriebsschildes 1 erfolgt durch vier gleichmäßig auf einem Teilkreis verteilte Hydraulikzylinder 13, die am Rahmen 14 des Vortriebsschildes 1 gehalten und mit ihren Kolbenstangen 15 über Verbindungsglieder 16 an der Innenschalung 5 abgestützt sind. Die vereinfacht dargestellte Halterung 17 der Hydraulikzylinder 13 am Rahmen 14 ermöglicht den Hydraulikzylindern 13, sich allseitig geringfügig zu verschwenken.
Hierdurch wird es den Hydraulikzylindern 13 ermöglicht, sich der tatsächlichen Stellung des betreffenden Verbindungsgliedes 16 anzupassen, wobei beim Ansetzen der stirnseitig kugelförmig geformten Kolbenstangen 15 an die Verbindungsglieder 16 die Kolbenstangen 15 zwangsläufig in kugelförmige Mulden 18 eingeführt werden, die in den Verbindungsgliedern 16 ausgebildet sind.
Zwischen der Stirnschalung 9 und dem Rahmen 14 sind vier Hydraulikzylinder 19 gelenkig eingeschaltet, von denen nur zwei dargestellt sind. Die Hydraulikzylinder 19 können rur in Ausschubrichtung beaufschlagt werden. In der hydraulischen Zuführleitung 21 jedes Hydraulikzylinders 19 ist ein Druckbegrenzungsventil 22 eingeschaltet und so eingestellt, daß die von den Hydraulikzylindern 19 gemeinsam an der Stirnschalung 9 erzeugte Kraft (Pfeil 23) kleiner ist als die entgegengerichtete Kraft (Pfeil 24), mit der die Stirnschalung 9 aufgrund des Drucks im eingepreßten Beton beaufschlagt wird.
Die Funktion des Vortriebsschildes 1 ist folgende: Der Vortrieb in die Vortriebsrichtung 25 erfolgt durch das Ausfahren der Hydraulikzylinder 13, die die den Vortriebskräften (Pfeil 10) entgegengerichteten Reaktionskräfte (Pfeil 20) in die Innenschalung 5 einleiten. Diese ist so lang bemessen (1) das sie aufgrund der Reibung am schon erhärteten Ortbeton 4 ein unverschiebliches Widerlager bildet. In der Zeichnung befindet sich der Vortriebsschild 1 in der vordersten Hubendstellung.
In dieser Stellung, oder auch schon während des Ausfahrens der Hydraulikzylinder 13 werden vor der Innenschalung 5 ringförmig Tübbing-Segmente 12 (strichpunktiert dargestellt) angebaut, die vorher am rückseitigen Ende der Innenschalung 5 abgebaut worden sind. Anschließend werden die Kolbenstangen 15 der Hydraulikzylinder 13 aktiv oder passiv eingeschoben und die durch eine nicht dargestellte Schnellschlußverbindung an der Innenseite 26 der Innenschalung 5 befestigten Verbindungsglieder 16 gelöst und an dem neu errichteten Innenschalungabschnitt wieder befestigt.
Beim nachfolgenden Ausfahren der Hydraulikzylinder 13 zentrieren sich deren Kolbenstangen 15 automatisch in den Mulden 18 der Verbindungsglieder 16. Wenn der Vortriebsschild ständig unter einer entgegen der Vortriebsrichtung 25 gerichteten Belastung steht, zum Beispiel bei einer nicht dargestellten Ortsbrustabstützung, ist es notwendig, zunächst nur zwei Hydraulikzylinder 13 an dem neu errichteten Innenschalungsabschnitt anzusetzen, während die beiden anderen Hydraulikzylinder 13 noch an dem nunmehr zweiten Innenschalungsabschnitt abgestützt sind. Hierdurch wird verhindert, daß der Vortriebsschild 1 beim Umsetzen der Hydraulikzylinder 13 zurückgedrückt werden könnte.
Gleichzeitig zum Vortrieb wird der Ortbeton 4 kontinuierlich durch die Betonleitung 7 eingepreßt. Dabei werden die immer am Ortbeton 4 anliegende Stirnschalung 9 durch den Ortbeton 4 in Vortriebsrichtung 25 vorgeschoben, und die Hydraulikzylinder 19 überdrückt. Wenn der Vortriebsschild 1 vorfährt verbleibt die Stirnschalung 9 am Ortbeton 4, weil die Hydraulikzylinder 19 ausfahren.
Der ständige Andruck, mit dem die Stirnschalung 9 gegen den Ortbeton 4 drückt ist an Druckbegrenzungsventilen 22 einstellbar, von denen nur eins andeutungsweise dargestellt ist.
Das beim Vortriebs aus der Ortsbrust 3 herausgelöste nicht dargestellte Haufwerk wird durch einen andeutungsweise strichpunktiert dargestellten Förderer 27 nach hinten abgeführt.
Die Erfindung ist nicht nur auf das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Im Rahmen der Erfindung ist es beispielsweise auch möglich, an Stelle des vorbeschriebenen Vortriebsschildes einen Messerschild einzusetzen. Bei einem Messerschild werden die ortsbrustseitigen Enden der Hydraulikzylinder 13 und 19 an dem die Vortriebsmesser tragenden Stützrahmen gehalten.
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Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Auffahren und zum Ausbauen mit Ortbeton von Tunnels, unterirdischen Strecken oder dergleichen, insbesondere in wasserhaltigen Böden, wobei ein Vortriebsschild vorgetrieben, in einen ringförmigen, frontseitig durch eine Stirnschalung abgeschlossenen Raum zwischen der Ausbruchswandung und einer dem Vortriebsschild nachgeordneten und aus einzelnen Tübbing-Segmenten bestehenden Innenschalung Flüssigbeton eingebracht wird und dort zur Härtung gelangt, die Innenschalung rückseitig im Bereich des harten Betons demontiert und frontseitig wieder montiert wird und der Vortriebsschild entgegen der Vortriebsrichtung an der Schalung abgestützt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die entgegen der Vortriebsrichtung (25) gerichteten Stütz- und/oder aus dem Vortrieb resultierenden Reaktionskräfte (20) des Vortriebsschildes (1) an der Innenschalung (5) abgesetzt werden und die relativ zur Innenschalung (5) verschiebbare Stirnschalung (9) mit einem von den Vortriebskräften (10) unabhängigen Andruck gegen den Ortbeton (4) gedrückt wird.
2. Vortriebsschild zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Vortriebsschild (1) und der Innenschalung (5) oder Anbauteilen derselben (Verbindungsglieder 16) wenigstens zwei sich diametral gegenüberliegende und wenigstens in Ausschubrichtung beaufschlagbare Hydraulikzylinder (13) und zwischen dem Vortriebsschild (1) und der Stirnschalung (9) oder Anbauteilen derselben eine am Umfang der Stirnschalung gleichmäßig angreifende und entgegen der Vortriebsrichtung (25) wirksame Andruckvorrichtung (Hydraulikzylinder 19) eingeschaltet sind.
3. Vortriebsschild nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckvorrichtung durch wenigstens zwei Hydraulikzylinder (19) gebildet ist, deren Schubkraft (Pfeil 23) geringer ist als die Kraft (Pfeil 24), die der Betondruck an der Stirnschalung (9) erzeugt, und die durch diese Kraft (Pfeil 24) aus dem Betondruck überdrückbar sind.
4. Vortriebsschild nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Vortriebsschild (1) und der Innenschalung (5) eingeschalteten Hydraulikzylinder (13) mittelbar oder unmittelbar an der Innenseite (26) der Innenschalung (5) angreifen.
5. Vortriebsschild nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikzylinder (13) einerseits allseitig geringfügig schwenkbar in ihrer in etwa parallel zur Schildachse (11) ausgerichteten Lage am Vortriebsschild (1) gehalten sind und andererseits in Taschen (Mulden 18) einfassen, die in an den Innenseiten (26) der Innenschalung (5) befestigten Verbindungsgliedern (16) ausgebildet sind.
6. Vortriebsschild nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsglieder (16) durch eine Schnellschlußverbindung an der Innenschalung (5) festlegbar sind.