DE3622276A1 - Verfahren und vorrichtung zur durchfuehrung des schildvortriebs unter druckerhaltung im abbauraum, insbesondere zur erstellung von tunnelbauten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Schildvortriebs unter Drucker­ haltung im Abbauraum, insbesondere zur Erstellung von Tunnelbauten.

Die Technik des Schildvortriebs, vorzugsweise unter Druckerhaltung im Abbauraum ist dem Fachmann an sich bekannt.

Zu diesem Stand der Technik wird auf folgende Literatur­ stellen hingewiesen:

• a) DE-PS 30 15 146 mit der Bezeichnung "Schildvortriebs­ maschine für Tunnel und Strecken";
• b) DE-PS 32 38 953 mit der Bezeichnung "Hydro- oder Druckluftschild für Lockerboden";
• c) DE-OS 29 26 288 mit der Bezeichnung "Verfahren zum Bodenabbau bei Schildvortrieben mit flüssigkeitsge­ schützter Ortsbrust und Vortriebsschilds zur Durchführung des Verfahrens";
• d) DE-OS 32 29 268 mit der Bezeichnung "Abbauvorrichtung, insbesondere zur Verwendung beim Schildvortrieb mit flüssigkeitsgestützter Ortsbrust".

Zum nächstkommenden Stand der Technik ist auf das sogenannte EPB-System hinzuweisen, das dem Fachmann wohl bekannt ist und sich auf ein "Earth-Pressure- Balance-System" bezieht.

Obwohl die Verfahren des Standes der Technik in viel­ fältiger Weise die Bedürfnisse des modernen Tunnelbaus, insbesondere unter Druckerhaltung im Abbauraum befriedigen können, besteht insbesondere das Bedürfnis nach einer beschleunigten Ausführung des Schildvortriebs. Ferner besteht in der Fachwelt das Bedürfnis, den Anwendungs­ bereich des bekannten Erddruck-Prinzips wesentlich zu erweitern.

Ferner besteht das dringende Bedürfnis beim Vorliegen fester Bodenschichten das Abbaumaterial nicht mehr schneckengängig machen zu müssen.

Dieses Aufgabenbündel wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man zwischen dem unter Druck stehenden Abbauraum und dem unter atmosphärischem Druck stehenden rückwärtigen Raum das Abbaugut durch ein Ventilorgan führt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich insbesondere für hydraulischen Schildvortrieb, druckluftgestützten Schildvortrieb, flüssigkeitsgestützten Schildvortrieb und bei Erddruckschildern vorteilhafterweise ein­ setzen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann in der Weise gear­ beitet werden, daß der nach dem Abbau in den Schneidkegel eindringende Boden dort so komprimiert wird, daß er erst nach Erreichen eines vorgegebenen Stützdruckes die ent­ sprechend vorgespannten Verschlußkappen zur Bandübergabe aufdrückt. Vorteilhaft bei dieser Variante ist die Beibe­ haltung der leistungsfähigen Bandförderung für relativ hohe Vortriebsgeschwindigkeiten.

Im Gegensatz zu einer ausschließlichen Schneckenförderung besteht bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, in festeren Bodenschichten nicht die Notwendig­ keit, das Abbaumaterial durch künstliche Flüssigkeits­ zufuhr und Zerkleinerungswerkzeuge schneckengängig zu machen.

Gerade bei dem vorgenannten Förderprinzip ist ein Fest­ fahren oder Blockieren sicher auszuschließen. Alle Teile, die nach dem Abbauvorgang in den Schneidkegel eindringen, werden problemlos nach kurzem Förderweg über die ausrei­ chend dimensionierte Öffnung der Verschlußkappe auf das Transportband aufgegeben.

Als Einsatzbereich für die beschriebene Technik sind ins­ besondere halbfeste bis weiche Böden mit mäßigem Wasser­ drang geeignet. Während Stehzeiten können darüberhinaus die sogenannten "Flood-Control-Doors" des Bohrkopfes ge­ schlossen werden.

Die Verschlußklappen werden über hydraulische Zylinder be­ tätigt und können über einen hydraulisch-pneumatischen Mechanismus auch bei unterschiedlicher Öffnungsweite un­ ter einem konstanten Schließdruck gesetzt werden. Mit dieser "federnden" Verschlußautomatik gelingt es auf ein­ fache Weise auch bei unterschiedlichen Vortriebsgeschwin­ digkeiten über variable Öffnungsweiten einen vorgegebenen Stützdruck konstant zu halten. Der wirksame Stützdruck wird auch hier über Druckmeßdosen im rückwärtigen Schneidkegel ermittelt und dient zur Festlegung des erforderlichen Schließdruckes. Zur Vermeidung ungewollter Hebung bei überhöhtem Stützdruck werden die Vortriebspressen nach dem Überschreiten einer vorgegebenen Öffnungsweite der Verschlußklappen automatisch abgeschaltet.

Zur Begehung des Schneidkegels wird dieser nach dem Verschluß der vorderen "Flood-Control-Doors" leergefahren, wobei hierfür über eine separate Schaltung die Verschlußklappen der Bandübergabe automatisch geöffnet werden. In dieser Situation zeigt sich ein besonderer Vorteil des doppelten Verschlußsystems, da hierbei die Räumung des Schneidkegels unter atmosphärischen Bedingungen erfolgen kann.

Sind anschließend Arbeiten an der Ortsbrust erforderlich, so werden die Verschlußklappen der Bandaufgabe luftdicht verschlossen und der Abbauraum unter Druckluft gesetzt. Nach dem Einschleusen des Personals über die vorhandene Personenschleuse können dann Arbeiten bei geöffneten "Flood- Control-Doors" ausgeführt werden.

Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise hervorragend für Bereiche geeignet ist, in denen Mergel mit geringen Kluftweiten ansteht.

Generell eignet sich, wie bereits ausgeführt, das erfin­ dungsgemäße Verfahren insbesondere hervorragend für halb­ feste bis weiche Böden mit mäßigem Wasserandrang; ange­ sichts der relativ kurzen Vortriebsphasen und des ver­ schließbaren Bohrkopfs bei Stehzeiten, ist bei den be­ kannten Durchlässigkeitswerten kein unzulässig großer Wasserentzug in Betracht zu ziehen.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der unter Druck stehende Abbauraum mit einem gasförmigen und/oder flüssigen und/oder breiigen und/oder einem halbfesten und/oder einem festen, insbesondere körnigen Fluid an­ gefüllt ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Auf­ rechterhaltung des Überdrucks im Abbauraum durch einen Erdmaterialdruck und/oder Gesteinsmaterialdruck und/oder Gasüberdruck und/oder einen Flüssigkeits­ überdruck gewährleistet.

Bevorzugtermaßen baut man den Erdmaterial- bzw. Ge­ steinsmaterial-Überdruck im Abbauraum durch die Schild­ fahrt auf.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform baut man den Flüssigkeitsdruck im Abbauraum durch an sich bekannte hydraulische Aggregate auf und gewährleistet sie während der Durchführung des Verfahrens.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform be­ wirkt man den Gasdruck im Abbauraum durch an sich bekannte pneumatische Aggregate und erhält diesen Gasdruck während der Durchführung des Verfahrens aufrecht.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform passt man den im Abbauraum erzeugten Druck dem vor der Orts­ brust herrschenden Erdmaterial- und/oder Flüssigkeits­ druck an. Vorsorglich darf die Definition des Terminus technicus hier wiederholt werden: Unter der Ortsbrust versteht man die durch das Abbauwerkzeug bereits struk­ turierte Oberfläche der noch abzubauenden Materie.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß das Abbaumaterial über ein durch den mit dem Ventilorgan zusammenarbeitenden Materialabführ­ organ, vorzugsweise mittels eines Förderbandes und/oder einer Schnecke und/oder eines Abführrohres abgeführt wird.

Dabei stellt insbesondere die Verwendung des Förder­ bandes einen besonders sprunghaft vorteilhaften Aspekt des Gegenstandes vorliegender Erfindung dar, der be­ reits weiter oben ausführlich dargelegt wurde.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Ventilorgan aus zumindest einem in der Druckwand (= Schottwand) angeordne­ ten Lippenventils besteht.

Die Anordnung der Druckwand bzw. der Schottwand ist dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet des Schildvortriebs bestens bekannt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Ventil­ organ aus zumindest einem in der Druckwand angeordneten Klappenventil, das bevorzugtermaßen als Zwei-Klappenventil ausgebildet ist.

Nach einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist das Ventilorgan eine Rückstellkraft auf, deren Einzelheiten bereits ebenfalls weiter oben ausführ­ lich dargestellt sind.

Diese Rückstellkraft des Ventilorgans ist bevorzugtermaßen auf an sich bekannte Weise steuerbar und/oder regelbar aus­ gebildet.

Schließlich kann diese Rückstellkraft insbesondere mecha­ nisch und/oder hydraulisch und/oder pneumatisch bewirkt werden.

Das Wesen vorliegender Erfindung wird anhand der beiliegenden Fig. 1-4, die bevorzugte Ausführungsformen darstellen, weiterhin erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt eines Schildvor­ triebs zum Tunnelbau unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 einen Schnitt in der Ebene II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch ein erfindungs­ gemäß anzuwendendes Ventilorgan, das aus einer auf einem Ventilgehäuse angeordneten Zwei- Klappenventil besteht, unter dem das Förder­ band angeordnet ist,

Fig. 4 die Anordnung der Fig. 3 nach einer Drehung von 90°, wobei insbesondere die Anflanschung des Ventilgehäuses an der Schottwand (= Druck­ wand) dargestellt ist.

In allen Figuren sind die gleichen bzw. analogen Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

In Fig. 1 ist der Abbauraum mit dem Bezugszeichen 1, das Ventilgehäuse mit Ventilorgan mit 2, die Druck­ wand (= Schottwand) mit 3, das unterhalb des Ventil­ organs angeordnete Förderband, das die Schottwand (= Druckwand) durchläuft, mit 4, der rückwärtige Raum mit 5, ein das Überdruck (Luftüberdruck) im Abbauraum erzeugender Kompressor mit 6, die Ortsbrust mit 7, das noch abzubauende Material mit 8 und das Verfahr­ gestänge mit 9 bezeichnet.

Mit dem Bezugszeichen 19 ist das Abbaugut gekennzeichnet.

In Fig. 2 ist der teilweise geöffnete sogenannte Flood-Control-Verschluß der Schildvortriebsmaschine, die Schneidräder und Messerbalken aufweist, dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 2 a und 2 b sind die Verschluß­ klappen des Ventilorgans, das im vorliegenden Fall als "Zwei-Klappenventil" ausgebildet ist, gekennzeichnet.

Die Pfeilstrecken 10 zeigen zwei maximale Öffnungs­ weiten des Flood-Control-Verschlusses; die Pfeil­ strecke 11 einen geschlossenen Sektor des Flood-Control- Verschlusses.

In der Fig. 3 ist wieder eine Ausführungsform des Zwei-Klappenventilorgans dargestellt; die Klappen tragen wiederum die Bezugszeichen 2 a und 2 b. Durch die Hydraulikzylinderanordnung 12 a befindet sich die Ventilorgan-Klappe 2 a in maximal geöffneter Arbeits­ stellung; durch maximales Ausfahren der Hydraulik­ zylinderanordnung 12 b befindet sich gleichzeitig die Klappe 2 b des Ventilorgans in maximal geschlossener Stellung. Zwischen beiden Stellungen läßt sich durch entsprechende Steuerung bzw. Regelung der Hydraulik­ zylinder jede beliebige Öffnungsweite von maximaler Öffnung bis zur völlig geschlossenen Stellung des Ventilorgans erreichen. Die strichlierte Darstellung 2 a′ und 2 b′ zeigt die sogenannte optimale Arbeitsstellung des Ventilorgans, in der das Abbaugut auf das darunter angeordnete Förderband im freien Fall gelangt, wobei das Obertrum des Förderbands 4 das Bezugszeichen 4′ und das Untertrum des Förderbands das Bezugszeichen 4′′ trägt. Die starre, das Förderband tragende Konstruktion weist das Bezugszeichen 13 auf.

Das eigentliche Ventilorgan nebst darunter angeordnetem Förderband ist nach der Ausführungsform der Fig. 3 in einem Kasten angeordnet, der seinerseits in einem zylindrisch ausgebildeten Gehäuse 15 angeordnet ist, das seinerseits an der Druckwand (= Schottwand) be­ festigt, beispielsweise angeflanscht ist.

Mit dem Bezugszeichen 16 ist die gegebenenfalls vor­ handene Ausstieg-Personenschleuse gekennzeichnet. Die Oberfläche der Ventilklappen ist mit den Bezugs­ zeichen 2 a′′ und 2 b′′ gekennzeichnet; diese Flächen sind vorzugsweise rechteckig ausgebildet und an der Oberkante von Kasten 14 bzw. Gehäuse 15 auf an sich bekannte Weise angelenkt.

Die Elemente der Fig. 3 sind in Fig. 4 nochmals in einer um 90° gedrehten Ansicht dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 3 ist wiederum die Druckwand (= Schottwand) gekennzeichnet, an die das Gehäuse 15 an den Stellen 15 a angeflanscht ist. Ein Material­ leitblech trägt das Bezugszeichen 17.

Die Umlenkrolle des Transportbandes (Förderbands) trägt das Bezugszeichen 18.

Mit 12 a und 12 b ist wiederum die Hydraulikzylinder­ anordnung zum Öffnen bzw. Schließen der Klappen des Ventilorgans bezeichnet.

• Bezugszeichenliste  1Abbauraum 2Ventilgehäuse mit Ventilorgan 2 aVerschlußklappe des Ventilorgans 2 bVerschlußklappe des Ventilorgans 2 a′optimale Arbeitsstellung der Verschlußklappe des Ventilorgans  2 b′optimale Arbeitsstellung der Verschlußklappe des Ventilorgans  2 a′′Oberfläche der Verschlußklappe  2 b′′Oberfläche der Verschlußklappe  3Druckwand (=Schottwand)  4Förderband  4′Obertrum des Förderbands  4′′Untertrum des Förderbands  5rückwärtiger Raum  6Kompressor  7Ortsbrust  8noch abzutragendes Material  9Verfahrgestänge 10maximale Öffnungsweite 11geschlossener Sektor des Flood-Control- Verschlusses 12 aHydraulikzylinderanordnung 12 bHydraulikzylinderanordnung 13starre, das Förderband tragende Konstruktion 14Kasten 15zylindrisch ausgebildetes Gehäuse 15 aStellen, an welchen die Druckwand (Schottwand) an das Gehäuse angeflanscht ist 16Ausstieb-Personenschleuse 17Materialleitblech 18Umlenkrolle des Förderbandes 19Abbaugut

Claims (14)

1. Verfahren zur Durchführung des Schildvortriebs unter Druckerhaltung im Abbauraum, insbesondere zur Erstellung von Tunnelbauten, dadurch gekennzeichnet, daß man zwischen dem unter Druck stehenden Abbauraum und dem unter atmosphärischem Druck stehenden rückwärtigen Raum das Abbaugut durch ein Ventilorgan führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der unter Druck stehende Abbauraum mit einem gasförmigen und/oder flüssigen und/oder breiigen und/oder einem halbfesten und/oder einem festen, ins­ besondere körnigen Fluid angefüllt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufrechterhaltung des Überdrucks im Abbau­ raum durch einen Erdmaterialdruck und/oder Gesteins­ materialdruck und/oder Gasüberdruck und/oder einen Flüssigkeitsüberdruck gewährleistet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Erdmaterial- bzw. Gesteinsmaterial­ überdruck im Abbauraum durch die Schildfahrt aufbaut.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Flüssigkeitsdruck im Abbauraum durch an sich bekannte hydraulische Aggregate aufbaut und gewährleistet.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Gasdruck im Abbauraum durch an sich bekannte pneumatische Aggregate bewirkt und aufrecht­ erhält.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den im Abbauraum erzeugten Druck dem vor der Ortsbrust herrschenden Erdmaterial- und/oder Flüssig­ keitsdruck anpaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbaumaterial über ein durch den mit dem Ventilorgan zusammenarbeitendes Materialabführorgan vorzugsweise mittels eines Förderbandes und/oder einer Schnecke und/oder eines Abführrohres abgeführt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilorgan aus zumindest einem in der Druckwand angeordneten Lippenventils besteht.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilorgan aus zumindest einem in der Druckwand angeordneten Klappenventil besteht.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Klappenventil als Zwei-Klappenventil ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilorgan eine Rückstellkraft aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilorgan eine steuerbare und/oder regelbare Rückstellkraft aufweist.

14. Vorrichtung nach Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft mechanische und/oder hydraulisch und/oder pneumatisch ausgebildet ist.