Erddruckschild

Abstract

 Ein Erddruckschild weist eine durch eine Trennwand (1) gebildete, ein Abbauwerkzeug (3) aufweisende vordere Arbeitskammer (2) auf, in der hinter dem Abbauwerkzeug (3) mit Hilfe einer Teilwandung ein in sei­nem Fußbereich mit dem das Abbauwerkzeug (3) aufweisenden Teil der Arbeitskammer (2) verbundener und mit seinem Kopfbereich mit einer geregelten Druckluftzuführung (6) in Wirkverbindung stehender Ring­raum (5) gebildet ist und aus der hereingewonnenes Bodenmaterial mittels eines Förderaggregates (7) entfernbar ist, wobei wenigstens eine Flüssigkeitsleitung (8) von einem Flüssigkeitsabteil (9) mit Ni­veauregelung (10) und Flüssigkeitszufuhr (11) durch den Ringraum (5) hindurch zu einem zum Abbauwerkzeug (3) hin offenen Flüssigkeitsaus­laß (12) geführt ist. Besondere Betriebssicherheit wird dabei erreicht, wenn hinter der Arbeitskammer (2) bzw. dem mit einer Tauchwand (4) als Teilwandung gebildeten Ringraum (5) mit Hilfe einer Schotte (13) ein in seinem Unterteil das Flüssigkeitsabteil (9) aufnehmender und in seinem Oberteil durch eine Öffnung (15) in der Trennwand (1) mit dem Kopfbereich des Ringraumes (5) verbundener Schottenraum (14) vorgesehen ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Erddruckschild mit einer durch eine Trenn­wand gebildeten, ein Abbauwerkzeug aufweisenden vorderen Arbeitskam­mer, in der hinter dem Abbauwerkzeug mit Hilfe einer Teilwandung ein in seinem Fußbereich mit dem das Abbauwerkzeug aufweisenden Teil der Arbeitskammer verbundener und mit seinem Kopfbereich mit einer gere­gelten Druckluftzuführung in Wirkverbindung stehender Ringraum gebil­det ist und aus der hereingewonnenes Bodenmaterial mit Hilfe eines Förderaggregates entfernbar ist, wobei wenigstens eine Flüssigkeitslei­tung von einem Flüssigkeitsabteil mit Niveauregelung und Flüssigkeits­zufuhr durch den Ringraum hindurch zu einem zum Abbauwerkzeug offe­nen Flüssigkeitsauslaß geführt ist.

[0002] Ein solcher Erddruckschild ist in einer älteren, nicht vorveröffentlich­ten deutschen Patentanmeldung der Anmelderin beschrieben. Die Teil­wandung bildet dabei einen im Querschnitt dreieckförmigen Aussteifungs­ringraum, in dem mit Flüssigkeit vermischtes Bodenmaterial eintreten kann, wobei die entsprechenden Flüssigkeitsleitungen verstopfen können.

[0003] Tunnel werden im Lockerboden mit Hilfe von Vortriebsmaschinen aufge­fahren. Zur Stützung der Ortsbrust während des Abbaus des Bodens ist der abgeschottete vordere Teil der Vortriebsmaschine vorzugsweise mit einer Flüssigkeit gefüllt, die unter einem regelbaren Druck steht. In diesem abgeschotteten Teil befindet sich das Abbaugerät, vorwiegend ein Schneidrad, mit dem der Boden gelöst wird. Er fällt dann in die Stützflüssigkeit und wird zusammen mit dieser aus dem abgeschotteten Bereich gepumpt und einer Separationsanlage zugeführt. Dort wird der Boden von der Stützflüssigkeit getrennt und die Stützflüssigkeit erneut in den vorderen abgeschotteten Teil der Vortriebsmaschine gepumpt. Dieses Verfahren hat sich bewährt, insbesondere wenn im abgeschotteten Teil der Vortriebsmaschine, der sogenannten Arbeitskammer, eine fast bis zum Boden reichende Tauchwand eingebaut ist und im hinteren Teil, der durch die Tauchwand unterteilten Arbeitskammer, ein regelbares Druckluftpolster für einen konstanten Druck der Stützflüssigkeit an der Ortsbrust sorgt. Nur mit einem konstantem Stützdruck ist die Standsi­cherheit der Ortsbrust in einem kohäsionslosen Lockerboden gewährlei­stet. Durch das Druckpolster werden Druckschwankungen abgemin­dert, die dann entstehen, wenn das Volumen der mit Bodenmaterial an­gereicherten angepumpten Stützflüssigkeit nicht genau dem Volumen der wieder zugeführten gereinigten Flüssigkeit entspricht.

[0004] Es sind auch andere Verfahren bekannt, bei denen die ab- und zuge­führte Flüssigkeitsmenge laufend gemessen werden. Entstehende Volumen­differenzen werden dann durch geregelte Ventile und Pumpen wieder ausgeglichen. Doch diese maschinellen Einrichtungen reagieren im Ver­hältnis zu dem automatischen Druckausgleich im Druckluftpolster lang­sam. Die Druckschwankungen in der Stützflüssigkeit sind damit größer.

[0005] Die vorstehend beschriebenen Verfahren sind jedoch auf Böden be­schränkt, bei denen die festen Bodenbestandteile in einer Separations­anlage von der Stützflüssigkeit getrennt werden können. Dies ist jedoch bei kohäsiven Böden mit einem hohen Feinstoffzuteil nicht möglich oder nur mit einem hohen wirtschaftlichen Aufwand. Tunnel in diesen Böden werden mit Vortriebsmaschinen aufgefahren, bei denen das gelöste Bo­denmaterial selbst anstelle einer Stützflüssigkeit in der abgeschotteten Arbeitskammer die Ortsbrust stützen soll. Das Bodenmaterial ist jedoch wesentlich viskoser und wird deshalb nicht mit Kreiselpumpen aus der Arbeitskammer gepumpt, sondern mit anderen Fördergeräten, vorwiegend mit Schneckenförderern. Es wird dann vorwiegend ohne zusätzliche Auf­bereitung abgefahren und deponiert. Die zuverlässige Stützung der Orts­brust mit dem gelösten Bodenmaterial ist jedoch problematisch. Bei den bisher bekannten Vortriebsmaschinen dieser Art wird versucht, einen konstanten Stützdruck auf die Ortsbrust dadurch zu gewährleisten, daß das durch das Schneidrad hereingewonnene Volumen an Bodenmaterial nie geringer ist, als das durch den Förderer entzogene. Dies wird be­wirkt durch eine Kontrolle und Regelung der Vortriebspressen der Vor­triebsmaschine und der Leistung des Fördergerätes. Doch diese Steuer- und Regelungselemente sind zu grob. Wenn zu viel Boden der Arbeits­kammer entzogen wird, sinkt der Stützdruck, die Ortsbrust wird ent­spannt, Boden von oberhalb der Firste der Vortriebsmaschine dringt in den Tunnelquerschnitt ein und es entstehen Senkungen der Geländeober­fläche. Wird zu wenig Boden der Arbeitskammer entzogen, wird das her­eingewonnene Bodenmaterial verdichtet. Es neigt auch dazu, die För­dergeräte zu verkleben. Ein überhöhter Stützdruck auf die Ortsbrust be­wirkt zudem Hebungen der Geländeoberfläche. Um diese Unzulänglichkei­ten zu verringern, werden Druckmeßdosen in die Rückwand der Arbeits­kammer eingebaut, um eine zuverlässigere, direkte Aussage über den Stützdruck in der Arbeitskammer zu erhalten. Doch diese Druckmeßdosen sind in der Regel unzuverlässige Meßinstrumente. Sie werden oft durch das relativ steife Bodenmaterial überbrückt. Außerdem geben sie nur Aufschluß über den Druck in einem sehr begrenzten örtlichen Bereich.

[0006] Ein wesentlicher Grund für eine nur bedingt zuverlässige Stützung der Ortsbrust bei Vortriebsmaschinen, die als Stützmedium das hereingewon­ nene Bodenmaterial selbst nutzen, liegt darin, daß das Bodenmaterial verdichtbar ist und deshalb einen Druck nur örtlich sehr eingegrenzt übertragen kann. Dies hat zur Folge, daß der errechnete Stützdruck auf die Ortsbrust, insbesondere im Firstbereich der Vortriebsmaschine, nicht zuverlässig übertragen werden kann. Hinzu kommt, daß eine Än­derung des anstehenden Bodenmaterials auch die Übertragbarkeit eines Stützdruckes auf die Ortsbrust erheblich verändert.

[0007] Bei den bisher bekannten Verfahren wird versucht, durch Zuführung von Wasser oder Suspension örtlich oder auch generell das Bodenmate­rial in der Arbeitskammer in seiner physikalischen Eigenschaft einer viskosen Flüssigkeit anzunähern, um die vorstehenden Nachteile zu verringern. Dazu werden Mischflügel am Schneidrad und an der Druck­wand angebaut, um das Bodenmaterial mit der zugeführten Flüssigkeit zu vermischen und zu homogenisieren. Es sind Verfahren bekannt, bei denen durch die Arme des Schneidrades eine Flüssigkeit in den Raum unmittelbar vor dem Schneidrad gepumpt wird, in dem die Schneidwerk­zeuge den Boden lösen. Auch existieren Verfahren, bei denen durch ge­zieltes und geregeltes Injizieren von Flüssigkeit, z. B. in den Firstbe­reich, versucht wird, zumindest dort einen konstanten Stützdruck zu erreichen. Doch bei all diesen Bemühungen werden maschinelle Einrich­tungen verwendet, die wie Ventile und Pumpen nur langsam reagieren. Auch die verwendeten Meßgeräte leisten nur einen bescheidenen Beitrag, um die Zuverlässigkeit des auf die Ortsbrust aufgebrachten Stützdruckes zu erhöhen.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Tunnel in kohäsivem: Locker­boden aufzufahren und dabei eine zuverlässige Stützung der Ortsbrust zu erreichen.

[0009] Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung bei dem Erddruck­schild der eingangs genannten Art hinter der Arbeitskammer bzw. dem mit einer Tauchwand als Teilwandung gebildeten Ringraum mit Hilfe ei­ner Schotte ein in seinem Unterteil das Flüssigkeitsabteil aufnehmender und in seinem Oberteil durch eine Öffnung in der Trennwand mit dem Kopfbereich des Ringraumes verbundener Schottenraum vorgesehen.

[0010] Beim erfindungsgemäßen Erddruckschild wird also hinter der im vorde­ren Teil der Vortriebsmaschine abgeschotteten Arbeitskammer, in der insbesondere eine Tauchwand angeordnet ist, ein weiterer abgeschotteter Raum, der Schottenraum, geschaffen. Er ist durchdrungen vom Antrieb des Schneidrades, der Druckluftschleuse zum Besteigen der Arbeitskam­mer, eventuellen Mischgeräten und dem Förderaggregat, z. B. einem Schneckenförderer. Der untere, weitaus größere Teil dieses Schottenrau­mes ist mit Wasser bzw. einer Suspension gefüllt, der obere Teil mit Druckluft, die wegen der oberen Verbindung zum Druckluftpolster hinter der Tauchwand unter dem gleichen vorgegebenen Druck steht, der auf das Bodenmaterial hinter der Tauchwand wirkt. Die z. B. als ringför­mige Rohrleitung ausgeführte Flüssigkeitsleitung, die im unteren Teil geöffnet ist, führt das Wasser bzw. die Suspension durch den mit Druck­luft gefüllten oberen Teil des Schottenraumes und durch das hinter der Tauchwand angeordnete Druckluftpolster in den Firstbereich des vorde­ren Teils der Arbeitskammer. Auch die Zuführungen von Wasser bzw. einer Suspension, die durch das Schneidrad den Raum versorgen, der von den Schneidwerkzeugen durchfahren wird, sind mit dem wasserge­füllten, abgeschotteten Raum verbunden. Das mit einem vorgegebenen Druck geregelte Druckluftpolster gewährleistet den gleichen konstanten Druck auf dem hinter der Tauchwand befindlichen Bodenmaterial und dem im abgeschotteten Teil befindlichen Wasser bzw. der Suspension. Meß- und Regelsysteme sorgen dafür, daß das Niveau des Bodenmate­rials und das des Wassers sich auf etwa gleicher Höhe befindet. Der Scherwiderstand des Bodenmaterials in der Arbeitskammer verhindert nun, daß der vorgegebene Stützdruck im Druckluftpolster auf die Orts­brust übertragen werden kann, insbesondere im sensiblen Firstbereich. Es entsteht deshalb dort eine Zone niederen Drucks, in die dann über die Rohrleitung aus dem abgeschotteten hinteren Raum Wasser bzw. Suspension in den Firstbereich des vorderen Teils der Arbeitskammer fließt. Ein Rückschlagventil öffnet sich nur, wenn der vorgegebene Stützdruck dort nicht erreicht ist. Gleichzeitig fließt über die Zulei­tungen im Schneidrad das unter dem vorgegebenen Stützdruck stehende Wasser bzw. die Suspension in den durch die Schneidwerkzeuge durch­fahrenen Raum vor dem Schneidrad. Die unter dem vorgegebenen Stütz­druck stehende Flüssigkeit gewährleistet an der Ortsbrust den konstan­ten Stützdruck. Durch die Flüssigkeit, die durch Mischwerkzeuge mit dem Bodenmaterial vermengt wird, wird die Viskosität des Bodenmate­rials herabgesetzt und dieses homogenisiert. Dadurch verringert sich der Scherwiderstand nach und nach so weit, daß die Druckübertragung des Stützdruckes aus dem Gasdruckpolster nach und nach auch den Firstbereich erreicht. Danach wird der Flüssigkeitszufluß unterbrochen, er setzt erst wieder ein, wenn der Stützdruck in der Firste wegen ei­nes erhöhten Scherwiderstandes im Bodenmaterial unter den Druck des Gaspolsters sinkt. Die automatische Druckregelung durch das Gasdruck­polster bewirkt nicht nur einen konstanten Stützdruck der Ortsbrust, insbesondere im Firstbereich, sondern auch eine automatische Versteti­gung des abzufördernden Bodenmaterials. Misch- und Rührwerke hinter der Tauchwand sorgen auch dort für eine weitgehende homogene Ver­mischung des Bodenmaterials mit der zugegebenen Flüssigkeit.

[0011] Für die weitere Ausgestaltung bestehen im Rahmen der Erfindung meh­rere Möglichkeiten. So ist nach einer bevorzugten Ausführungsform die geregelte Druckluftzuführung durch die Schotte in den Schottenraum ge­führt. Um eine möglichst gute Vermischung des hereingewonnenen Boden­materials mit der Flüssigkeit (Wasser bzw. Suspension) zu erreichen, ist zweckmäßigerweise im unteren Teil der Arbeitskammer hinter der Tauchwand wenigstens ein Rühraggregat angeordnet. Nach einer weiter­hin bevorzugten Ausführungsform ist der Flüssigkeitsauslaß von einem Rückschlagventil gebildet, um einen vorgegebenen Stützdruck nicht zu überschreiten. Dieses Rückschlagventil besteht vorzugsweise aus einer gelochten Metallplatte, die auf ihrer freien Seite mit einer geschlitzten Gummi- oder Kunststoffplatte belegt ist. Im übrigen empfiehlt es sich, daß der hinter der Tauchwand liegende Teil der Arbeitskammer eben­falls mit einer Niveauregelung versehen ist; diese Niveauregelung kann mit Hilfe eines Förderaggregates arbeiten.

[0012] Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung.

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Erddruckschild,

Fig. 2 in der linken Hälfte einen Schnitt A-A und in der rechten Hälfte einen Schnitt B-B durch den Gegenstand der Fig. 1 und

Fig. 3 das Detail C aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung mit zu­sätzlicher Untenansicht.

[0013] Der in den Figuren dargestellte Erddruckschild weist zunächst eine durch eine Trennwand 1 gebildete vordere Arbeitskammer 2 auf, in der ein Abbauwerkzeug 3 in Form eines Schneidrades arbeitet. In der Ar­beitskammer 2 ist hinter dem Abbauwerkzeug 3 mit Hilfe einer Tauch­wand 4 ein Ringraum 5 gebildet, der in seinem Fußbereich mit dem das Abbauwerkzeug 3 aufweisenden Teil der Arbeitskammer 2 verbunden ist und in seinem Kopfbereich mit einer geregelten Druckluftzuführung 6 in Wirkverbindung steht. Hereingewonnenes Bodenmaterial ist mit Hilfe ei­nes Förderaggregates 7 in Form einer Förderschnecke entfernbar. Zwei Flüssigkeitsleitungen 8 sind von einem Flüssigkeitsabteil 9 mit Niveau­regelung 10 und Flüssigkeitszufuhr 11 durch den Ringraum 5 hindurch zu einem Flüssigkeitsauslaß 12 geführt, der zum Abbauwerkzeug 3 hin offen ist. Die Flüssigkeit besteht regelmäßig aus Wasser oder eine Stützsuspension (Bentonit). Hinter der Arbeitskammer 2 bzw. dem Ring­raum 5 ist mit Hilfe einer Schotte 13 ein Schottenraum 14 vorgesehen, der in seinem Unterteil das Flüssigkeitsabteil 9 aufnimmt bzw. bildet und in seinem Oberteil durch eine Öffnung 15 in der Trennwand 1 mit dem Kopfbereich des Ringraumes 5 verbunden ist. Die geregelte Druck­luftzuführung 6 ist durch die Schotte 13 in den Schottenraum 14 geführt. Im unteren Teil der Arbeitskammer 2 sind hinter der Tauchwand 4 ne­ben einer Antriebsachse 16 des Abbauwerkzeuges 3 zwei Rühraggregate 17 angeordnet. In Fig. 1 erkennt man, daß der Flüssigkeitsauslaß 12 von einem Rückschlagventil 18 gebildet ist. Ausweislich Fig. 3 ist die­ses Rückschlagventil 18 von einer gelochten Metallplatte 19 gebildet, die auf ihrer freien Seite mit einer geschlitzten Gummi- oder Kunststoff­platte 20 belegt ist. Herrscht in den Flüssigkeitsleitungen 8 Überdruck, tritt die Flüssigkeit durch die Metallplatte 19 und die geschlitzte Gum­mi- bzw. Kunststoffplatte 20 aus. Ist der Gegendruck höher, hält die geschlitzte Gummi- oder Kunststoffplatte 20 die gelochte Metallplatte 19 selbsttätig verschlossen. Der hinter der Tauchwand 4 liegende Teil der Arbeitskammer 2 ist mit einer Niveauregelung 21 versehen, die das För­deraggregat 7 als Stellglied einsetzt.

Ansprüche

1. Erddruckschild mit einer durch eine Trennwand gebildeten, ein Ab­bauwerkzeug aufweisenden vorderen Arbeitskammer, in der hinter dem Abbauwerkzeug mit Hilfe einer Teilwandung ein in seinem Fußbereich mit dem das Abbauwerkzeug aufweisenden Teil der Arbeitskammer ver­bundener und mit seinem Kopfbereich mit einer geregelten Druckluftzu­führung in Wirkverbindung stehender Ringraum gebildet ist und aus der hereingewonnenes Bodenmaterial mit Hilfe eines Förderaggregates entfernbar ist, wobei wenigstens eine Flüssigkeitsleitung von einem Flüssigkeitsabteil mit Niveauregelung und Flüssigkeitszufuhr durch den Ringraum hindurch zu einem zum Abbauwerkzeug hin offenen Flüssig­keitsauslaß geführt ist, dadurch gekennzeich­net, daß hinter der Arbeitskammer (2) bzw. dem mit einer Tauch­wand (4) als Teilwandung gebildeten Ringraum (5) mit Hilfe einer Schotte (13) ein in seinem Unterteil des Flüssigkeitsabteil (9) aufneh­mender und in seinem Oberteil durch eine Öffnung (15) in der Trenn­wand (1) mit dem Kopfbereich des Ringraumes (5) verbundener Schot­tenraum (14) vorgesehen ist.

2. Erddruckschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geregelte Druckluftzuführung (6) durch die Schotte (13) in dem Schot­tenraum (14) geführt ist.

3. Erddruckschild nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Teil der Arbeitskammer (2) hinter der Tauchwand (4) wenigstens ein Rühraggregat (17) angeordnet ist.

4. Erddruckschild nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Flüssigkeitsauslaß (12) von einem Rückschlagventil (18) gebildet ist.

5. Erddruckschild nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (18) aus einer gelochten Metallplatte (19) besteht, die auf ihrer freien Seite mit einer geschlitzten Gummi- oder Kunst­stoffplatte (20) belegt ist.

6. Erddruckschild nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß der hinter der Tauchwand (4) liegende Teil der Arbeits­kammer (2) mit einer Niveauregelung (21) versehen ist.

Zeichnung