Erddruckschild

Abstract

 Bei einem Erddruckschild für den Abbau von plasti­schen, mechanisch förderbaren Böden mit die Ab­baukammer rückwärtig abschließender Leitwand, bei der die Leitwand als rotierende, mit dem Abbau­werkzeug verbundene Trommel oder als feste Schott­wand ausgebildet sein kann, der Mittel aufweist, den gelösten Boden durch Zugabe plastifizierender Mittel aufzubereiten, wird der Stützdruck auf die Ortsbrust durch das der Frontkammer (6, 13) zuge­führte Homogenisierungsmittel konstant gehalten. Dazu wird die Ringkammer (5, 12) zwischen der Schottwand (2) und der Leitwand (4, 11) mit Homo­genisierungsmittel mit einem Druck von bestimmter Größe - mindestens dem erforderlichen Stützdruck für die Ortsbrust - beaufschlagt. Das Homogeni­sierungsmittel fließt durch mindestens ein auf der Fläche der Leitwand (4) angeordnetes Rück­schlagventil (7) aus der Ringkammer (5, 12) in die Frontkammer (6, 13) aus. Das Rückschlagventil (7) schließt, wenn in der Frontkammer (6, 13) gegenüber der Ringkammer (5, 12) Überdruck herrscht, und öffnet, wenn der Druck in der Frontkammer (6, 13) geringer ist als in der Ringkammer (5, 12).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Erddruckschild, wie er im Gattungsbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist.

[0002] Als Erddruckschilde werden Schilde bezeichnet, bei denen der mechanisch gelöste Boden den Front­raum des Schildes zwischen Ortsbrust und der Leitwand satt füllt. Die Bodenfüllung bewirkt die Stützung der Ortsbrust, indem Schildvortriebs­geschwindigkeit und Bodenabzug über die Trans­portschnecke koordiniert werden. Mit Hilfe per­manenter Erddruckmessungen vor Ort werden Boden­abzug und Bodengewinnung so aufeinander abgestimmt, daß kein Bodendefizit und damit keine Setzungs­gefahr entsteht.

[0003] Vom Erddruckschild gibt es zwei Ausführungsarten. Der sogenannte Trommelschild weist eine trichter­förmig ausgebildete Leitwand auf, die mit dem Abbauwerkzeug fest verbunden ist. Der gesamte von der Leitwand umschlossene vordere Schildraum, in dem sich der abgebaute Boden befindet, rotiert mit dem Abbauwerkzeug. Bei dem zweiten Schildtyp rotieren nur die Abbau- und Knetwerkzeuge. Der Frontraum ist rückwärtig durch eine dicht und fest in der Schildkonstruktion eingebaute Leitwand geschlossen.

[0004] Es ist bekannt, einen Erddruckschild mit Injek­tionsvorrichtungen zu versehen, die dazu dienen, einen Boden mit größerer innerer Reibung, der unbehandelt für den Transport in einer Förder­schnecke weniger geeignet ist, nach dem Abbau durch Zusatz von Bentonitsuspension oder aufberei­tetem Boden zu homogenisieren, d.h. ihm vor Eintritt in die Transportschnecke einen weich­plastischen Charakter zu geben.

[0005] Die Abstimmung des Bodenabzugs mit der Vortriebs­geschwindigkeit bereitet wegen der Inkompressibi­lität des Bodens Schwierigkeiten. Es kann der Fall eintreten, daß die Frontkammer nicht satt mit Boden gefüllt und ein ausreichender Druck zur Stützung der Ortsbrust zeitweilig nicht vorhanden ist. Die Steuerung der Vortriebs- und Fördervor­gänge zur Wiederherstellung des erforderlichen Stützdrucks mit Hilfe von Druckmeßdosen in der Frontkammer ist schwerfällig und kann Einbrüche an der Ortsbrust und Setzungen nicht immer verhin­dern. Als nachteilig bei diesem bekannten Erddruck­schild wird daher angesehen, daß die Aufrechter­haltung eines gleichbleibenden Stützdrucks von be­ stimmter Größe nicht gewährleistet werden kann. Darüber hinaus ist für das Injizieren im Front­raum des Schildes zur Homogenisierung des Bodens ein weiterer unabhängiger Vorgang mit zusätzlicher Überwachung und Betriebsaufwand er­forderlich.

[0006] Bei den bisher bekannten Ausführungen von Erd­druckschilden mit Trommel stellt das zwischen der rotierenden Trommel und der umgebenden festen Schildkonstruktion erforderliche komplizierte Dichtungssystem, das Boden- und Wassereintritt verhindern soll, ein zusätzliches konstruktives Problem dar. Ein solches Dichtungssystem ist sehr anfällig und führt zu einer starken Erhöhung des erforderlichen Drehmoments.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, einen Erddruckschild so weiterzuentwickeln, daß mit einer einfachen wartungsarmen Vorrichtung sicher der Stützdruck im Frontraum gehalten und zugleich der gelöste Boden homogenisiert werden kann.

[0008] Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschriebenen Mittel gelöst. Ausge­staltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

[0009] Beim Vortrieb mit dem erfindungsgemäßen Schild werden - abgestimmt auf die durch vorherige Erkun­ dungen festgestellten Bodenkennwerte - ein Flüs­sigkeitsdruck in der Ringkammer, der mindestens gleich dem erforderlichen Stützdruck in der Frontkammer ist, und eine Förderleistung der Förderschnecke, die geringfügig größer ist als die durch die Vortriebsgeschwindigkeit bestimmte ab­gebaute Bodenmenge, vorgegeben. Der abgeförderte Boden ist eine weich-plastische Masse mit flüssig­keitsähnlichen Eigenschaften oder wird durch Zugabe von Homogenisierungsmittel entsprechend aufberei­tet.

[0010] Fällt während des Vortriebs der Stützdruck in der Frontkammer ab, wodurch Einbrüche der Ortsbrust verursacht werden könnten, dann öffnen sich die Rückschlagventile und Homogenisierungsmittel fließt so lange nach, bis der Flüssigkeitsdruck in der Frontkammer etwa wieder gleich dem Druck der Flüssigkeit in der Ringkammer ist. Damit ist die Stützung wieder hergestellt, denn in der Ring­kammer herrscht planmäßig mindestens ein Druck in Höhe des Stützdruckes.

[0011] Da die Stützflüssigkeit zugleich Homogenisierungs­mittel ist und der Boden durch im Frontraum rotie­rende Knetwerkzeuge ständig mit der Flüssigkeit vermischt wird, kann der Boden immer in einer Konsistenz gehalten werden, in der er stetig durch die Förderschnecke abtransportierbar ist.

[0012] Durch die Beaufschlagung der Ringkammer mit Homogenisierungsmittel, das unter einem Flüssig­keitsdruck steht, der mindestens dem Stützdruck des umliegenden Gebirges entspricht, kann weder Grund­wasser noch Boden durch den Spalt in den Schild­raum eindringen. Eine aufwendige Dichtungskonstruk­tion an dieser Stelle kann damit entfallen.

[0013] Bei günstigen Bodenbedingungen kann der erfin­dungsgemäße Erddruckschild als Druckluftschild gefahren werden. In diesem Fall muß am Ende der Förderschnecke eine automatische Materialschleuse angeordnet werden.

[0014] Die Erfindung wird durch die Figuren 1 bis 4 erläutert. Es zeigen

Fign. 1 bis 3 Beispiele erfindungsgemäßer Erd­druckschilde im Längsschnitt:

Fig. 1 mit festeingebauter Leitwand 4,

Fig. 2 mit rotierender, trichterförmiger Leitwand 11,

Fig. 3 für Druckluftbetrieb mit rotierender Leitwand 11 und automatischer Ma­terialschleuse 19,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines Rückschlag­ventils.

[0015] Bei einem Schild 1 begrenzt die Schottwand 2 den vorderen unter Druck stehenden Schildteil. Das Abbauwerkzeug 3 baut in der zur Ortsbrust offenen Frontkammer 6, 13 den Boden ab. Die Frontkammer 6, 13 wird rückwärtig durch die Leit­wand 4, 11 begrenzt. Die Leitwand 4, 11 und die Schottwand 2 schließen zwischen sich die Ring­kammer 5 bzw. 12 ein. In der Leitwand 4, 11 sind vom in der Frontkammer 6, 13 herrschenden Druck gesteuerte Absperrorgane 7 angeordnet, Die Front­kammer 6, 13 ist durch ein Mannloch 8 und eine Schleuse 9 begehbar. Der gelöste homogenisierte Boden wird mittels einer Förderschnecke 10 aus der Frontkammer 6, 13 herausgefördert.

[0016] Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt einen Erddruckschild mit rotierender Frontkammer 13. Der zwischen dem Abbauwerkzeug 3 bzw. der Leitwand 11 und dem Schildmantel 15 offenstehende, die Rotation des Abbauwerkzeuges 3 mit der Frontkammer 13 zu­lassende Spalt 14 ist ungedichtet. Das Eindringen von Grundwasser und Boden durch den Spalt 14 wird durch Überdruck in dem Füllmedium der Ring­kammer 12 - Flüssigkeit im Beispiel nach Fig. 2, Luft im Beispiel nach Fig. 3 - verhindert.

[0017] Der Flüssigkeitsdruck des Homogenisierungsmittels in der Ringkammer 5, 12 wird in den Beispielen durch das Druckluftpolster 18 in der Druckkammer 27 über ein Steuergerät 17 konstant gehalten. Die Zufuhr des Homogenisierungsmittels erfolgt durch eine Pumpe 16 und wird von einem elektrischen Geber 28 über den Flüssigkeitsstand in der Kammer 27 ge­steuert.

[0018] Für den Druckluftbetrieb des erfindungsgemäßen Schildes wird die Ringkammer 5, 12 über die Lei­tung 20 mit Druckluft beaufschlagt. Am Ende der Förderschnecke wird dann anstelle des sonst verwen­deten regelbaren Schiebers 21 eine automatische Ma­terialschleuse 19 eingebaut.

[0019] Fig. 4 zeigt das Beispiel eines Absperrorgans 7, das in der Leitwand 4, 11 den Zufluß von Homogeni­sierungsmittel von der Ringkammer 5, 12 zur Front­kammer 6, 13 regelt. Die Bewegung der Membran 22 wird über ein Hebelgestänge 23 in eine Bewegung des Kolbens 25 überführt, der damit ein Öffnen oder Schließen der in das Ventil 24 eingeführten Zu­leitung 26 für das Homogenisierungsmittel bewirkt.

Ansprüche

1. Erddruckschild für den Abbau von plastischen, mechanisch - beispielsweise mit Förderschnecken-­förderbaren Böden mit die Abbaukammer rückwär­tig abschließender Leitwand, bei der die Leit­wand als rotierende, mit dem Abbauwerkzeug ver­bundene Trommel oder als feste Schottwand aus­gebildet sein kann, der Mittel aufweist, den gelösten Boden durch Zugabe plastifizierender Mittel für die Abförderung in der Abbau­kammer aufzubereiten, dadurch ge­kennzeichnet
. daß zwischen der Schottwand (2) und der Leitwand (4, 11) eine mit fließfähigem Homo­genisierungsmittel beaufschlagbare Ringkam­mer (5, 12) um das Gehäuse der Förderschnek­ke (10) gebildet ist,
. daß das Homogenisierungsmittel der Ringkammer (5, 12) mit Hilfe einer geeigneten bekannten Vor­richtung - beispielsweise einem Druckluftpol­ster (18) - mit einem Druck von bestimmter Größe - mindestens dem erforderlichen Stütz­druck für die Ortsbrust - beaufschlagbar ist, und
. daß auf der Fläche der Leitwand (4) mindestens ein von dem in der Frontkammer herrschenden Druck gesteuertes Absperrorgan (7) angeordnet ist, durch das Homogenisierungsmittel aus der Ringkammer (5, 12) in die Frontkammer (6, 13) ausfließen kann, und das schließt, wenn in der Frontkammer (6, 13) gegenüber der Ring­kammer (5, 12) Überdruck herrscht, und öffnet, wenn der Druck in der Frontkammer (6, 13) geringer ist als in der Ringkammer (5, 12).

2. Erddruckschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel - bei­spielsweise ein Luftpolster (18) - vorhanden sind, mit denen in der Ringkammer (12) ein solcher Flüssigkeitsdruck erzeugbar ist, daß kein Grundwasser und/oder Boden von außen durch den Spalt (14) zwischen dem Abbauwerkzeug (3) bzw. der Leitwand (11) der rotierenden Trommel und dem Schildmantel (15) in die Ringkammer (12) ein­dringen kann.

3. Erddruckschild nach Ansprüchen 1 und 2, da­durch gekennzeichnet,
daß zur Beschickung der Ringkammer (5, 12) mit Homogenisierungsmittel eine Pumpe (16) angeord­net ist, die durch einen elektrischen Geber (28) vom Flüssigkeitsstand in der Druckkammer (27) ge­steuert wird, und daß der Druck des Homogenisie­rungsmittels in der Ringkammer (5, 12) über das Luftpolster (18) in der Druckkammer (27) auf einer gewünschten Höhe konstant gehalten wird.

4. Erddruckschild nach Ansprüchen 1 bis 3, da­durch gekennzeichnet,
daß der Schild, in dem am Ende der Förderschnecke (10) eine automatische Materialschleuse (19) ange­ordnet und die Ringkammer (5, 12) über die vorhan­dene Leitung (20) mit Druckluft von konstantem Druck beaufschlagbar ist, als Druckluftschild einsetzbar ist.

5. Erddruckschild nach Ansprüchen 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan (7) folgende Teile aufweist:
. eine Membran (22) aus widerstandsfähigem Material - beispielsweise Gummi mit Schutzplat­te aus Stahl -, die in Abhängigkeit von dem in der Frontkammer (6, 13) herrschenden Druck aus­gelenkt wird,
. ein Hebelgestänge (23), durch das die Auslenkung der Membran (22) auf einen Kolbenschieber (24) übertragen wird, und
. einen Kolbenschieber (24), in dem ein Kolben (25) mit zunehmender Auslenkung der Membran (22) eine Zuleitung (26) schließt, durch die Homogeni­sierungsmittel aus der Ringkammer (5, 12) in die Frontkammer (6, 13) zuführbar ist.

Zeichnung