Verfahren zum Tunnelvortrieb und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Abstract

 Verfahren zum Tunnelvortrieb in nicht stand­festen Böden unterhalb des Grundwasserspie­gels, wobei die Ortsbrust ständig mit Gegendruck durch ein Medium wie Wasser und/oder eine thixotrope Flüssigkeit beim Vortreiben oder Luft bei Vortriebspausen be­aufschlagt und mit einem vor dem Druckschild (12) befindlichen Abbauwerkzeug (6) abgebaut wird. Das sich in der Kammer (15) zwi­schen Ortsbrust und Druckschild (6) befindliche Gemisch aus Abraum und Medium wird weggeför­dert, wobei der Abbauraum von dem schon vorgetriebenen Tunnel druckdicht über den Druckschild (12) abschottbar ist. Bei druckdicht abgeschottetem Druckschild (12) wird das Wasser und/oder thixotrope Flüssigkeit aufweisende Gemisch mechanisch in einen hinter dem Druckschild (12) angeordneten, mit der Kammer (15) über eine erste Öffnung (19) verbundenen und von dem Tunnel (30) druckdicht getrennten Speicherraum (16) für die Druckluft transportiert. Dort werden aus dem Gemisch die größeren Teile wie Steine, Fremdkörper oder dergleichen ausgesondert, mechanisch zerkleinert und wieder dem Gemisch zugeführt, wobei das fließfähige Gemisch aus dem Speicherraum (16) druckdicht über eine Förderleitung (25) wegtransportiert wird. Anstelle des Flüssigtransports kann zum Zwecke des Trockentransports der nunmehr schüttfähige Abraum bei zum Tunnel über ei­ne zweite Öffnung (28) geöffnetem Speicherraum (16) zunächst in diesen und von dort mechanisch direkt ohne Aussondern größerer Teile über die Öffnung (28) in den Tunnel (30) trans­portiert werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Tunnelvortrieb sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Oberbegriffen des Verfahrens- und des Vorrich­tungs-Hauptanspruchs.

[0002] Ein solches Verfahren wird mittels bekannter sogenannter Hydroschild-Vorrichtungen ausgeführt, was besonders vor­teilhaft ist, weil der gesamte Tunnel nur unter atmosphä­rischem Druck steht und somit Drucklufterkrankungen des Bedienungspersonals vermieden werden können.

[0003] Der Nachteil bei diesem bekannten Verfahren sowie der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß sobald eine andere Geologie innerhalb der aufzufahrenden Tunnelröhre (also kein nicht standfester rolliger Boden) auftritt, der Abraum beispielsweise Steine, Fremdkörper oder andere größere Teile enthält, welche nach Ansammlung eines gewissen Volumens aus der Kammer vor dem Druckschild manuell entfernt werden müs­sen. Dies geschieht dadurch, daß der Flüssigkeitsspie­gel des Mediums bis auf die Tunnelsohle durch Abpumpen absenkt und diesen Abbauraum bzw. die Kammer unter Druckluft setzt, damit eine Bedienungsperson durch die Personenschleuse in den Raum zwischen Ortsbrust und Druckwand eingeschleust werden kann, um die größeren Teile manuell zu beseitigen. Durch das Anhalten, Leer­pumpen und Druckluftbeaufschlagen reduziert sich der Zeitaufwand für den Vortrieb, was bei höherem Aufkommen größerer Teile an Steinen eine Verschlechterung der Vor­triebsleistung mit sich bringt.

[0004] Es ist außerdem nachteilig, daß bei Antreffen einer Geo­logie im Verlauf des Vortriebes, die nicht mehr durch den Flüssigkeitstransport zu transportieren ist, eine Trockentransportrichtung vorgesehen werden muß. Dies ge­schieht, wenn überhaupt der Umbau einer Hydroschild-Anla­ge vom Flüssigkeitstransport auf Trockentransport mög­lich ist durch Umbauen, was ebenfalls erhebliche Zeitver­luste mit sich bringt.

[0005] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen, mit denen auch bei Auftreten größerer Teile wie Steine, Fremdkörper oder dergleichen kontinuierlich im Flüssigtransport der Tunnel vor­getrieben und in einfacher Art und Weise schnell erfor­derlichenfalls auf Trockentransport umgestellt werden kann.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände des Verfahrens- ­und Vorrichtungs-Hauptanspruches gelöst.

[0007] Durch die Erfindung wird also ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschla­gen, bei der die Ortsbrust hydrostatisch gestützt wird, wobei der Flüssigkeitsspiegel des Mediums aber nicht wie bei dem bekannten Verfahren zwischen der Druck- und ei­ner davor angeordneten Tauchwand unter Druckluft belastet wird, sondern bei der ein durch die erste Öffnung im Druckschild hinausgeführter, im übrigen aber abgedichte­ter Druckspeicherraum die Funktion des druckluftbelaste­ten Akkumulators übernimmt. Zugleich können nach Lehre der Erfindung durch den bis auf die Sohle der Kammer bzw. der Tunnelsohle des Abbauraumes reichenden ersten Förderer gelegentlich auftauchende größere Steine, Find­linge oder dergleichen in den Speicherraum transportiert und dort abgesondert sowie gesondert mechanisch zerklei­nert und dann wieder dem Flüssigtransport-Kreislauf zu­geführt werden. Es ist nicht das Anhalten der Vorrich­tung wie beim Stand der Technik erforderlich.

[0008] Durch den Wegfall der Tauchwand kann ferner bei der Er­findung die Konstruktion der Vorrichtung kürzer gehalten werden und das durch die Personenschleuse in die Kam­mer eingeschleuste Bedienungspersonal einfacher durch die dort nicht vorhandene Tauchwand gelangen, um even­tuelle Reparatur- oder sonstige Arbeiten durchzufüh­ren.

[0009] Schließlich kann durch Öffnen der Abschlußtür der Spei­cherraum geöffnet und durch die frei gewordene zweite Öffnung ein zweiter mechanischer Förderer schnell und einfach eingebracht werden, und zwar vorzugsweise bis un­ter das austragsseitige Ende des ersten mechanischen För­derers in dem Speicherraum, so daß eine kontinuierliche Trockenförderung zu bereitstehenden Erdreich-Transport­wagen oder dergleichen durchgeführt werden kann.

[0010] Von besonderem Vorteil ist es, wenn in zweckmäßiger Aus­gestaltung der Erfindung der erste Förderer als Schnek­kenförderer ausgebildet ist, weil durch Wahl der Schnek­kensteigung und der Drehzahl ein Erddruck-Ausgleich ge­schaffen werden kann. Dies wird durch mechanisch, hydrau­lisch und/oder pneumatisch betätigbare Stützplatten zwi­schen den Abbauarmen unterstützt.

[0011] Ferner ist von Vorteil, daß das Abbauwerkzeug einen mehr­armigen, kegelförmig ausgebildeten Bohrkopf ausweist, der - unter Fortfall der beim Stande der Technik vorhandenen Mittenschneider - zugleich eine Zentrierung beim Abboh­ren des Erdreiches bewirkt.

[0012] Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Er­findung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

[0013] Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend un­ter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

[0014] In dieser zeigt:

Figur 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Vorrichtung zum Tunnelvortrieb;

Figure 2 eine Ansicht II-II gemäß Figur 1;

Figure 3 einen Schnitt III-III gemäß Figur 1 und

Figure 4 einen Schnitt IV-IV gemäß Figur 1.

[0015] Die insgesamt mit 5 bezeichnete Vorrichtung weist ein in Vortriebsrichtung gemäß Richtungspfeil 7 vorne ange­ordnetes Abbauwerkzeug 6 auf, welches mehrere strahlen­förmig von der Mitte ausgehende Bohrarme 8 an dem Bohr­korb 9 aufweist, die mit den eigentlichen Bohrwerkzeu­gen 10 versehen sind. Die Bohrarme 8 spannen eine kegel­förmige Fläche auf und sind kippbar sowie auswechselbar an dem Bohrkorb 9 angeordnet. Die Kippachse kann hier­bei an dem äußeren oder inneren Widerlager des Bohrkor­bes 9 angeordnet sein.

[0016] Zwischen den Bohrarmen 8 können hydraulisch, mechanisch und/oder pneumatisch in Vortriebrichtung vor- und zurück- sowie anstellbar verstellbare Stützplatten 11 (Figur 2) angeordnet sein. Der Bohrkorb ist - wie an sich bekannt - vor dem mit 12 bezeichneten Druckschild angeordnet und über einen insgesamt mit 13 bezeichneten Antrieb angetrieben, der druckdicht durch den Druck­schild 12 hindurchgeführt ist. Im oberen Bereich in Vortriebsrichtung 7 hinter dem Druckschild 12 ist eine Doppelkammer-Personenschleuse 14 angeordnet, durch die man in die insgesamt mit 15 bezeichnete Kammer zwischen dem Abbauwerkzeug 6 und dem Druckschild 12 gelangen kann, die druckdicht durch den Druckschild 12 von dem rückwärtigen Teil der Vorrichtung 5 abgeschottet ist.
* kommunizierend

[0017] Hinter dem Druckschild 12 ist ein Speicherraum 16 ange­ordnet, der sich mit bezug auf die Längsachse 17 der Vorrichtung 5 unterseitig in der oberen Hälfte 18 befin­det. Der Speicherraum 16 ist über eine erste Öffnung 19 in dem Druckschild und über ein Rohr 20 mit der Kammer* 15 verbunden. Das aufnahmeseitige Ende eines ersten, als Kettenförderer 21 ausgebildeten mechanischen Förderers reicht bis nahe zu der Sohle der Kammer 15 und ist durch die erste Öffnung 19 und das Rohr 20 zu dem Speicher­raum 16 geführt, in dem sein abgabeseitiges Ende ange­ordnet ist.

[0018] Unterhalb dem austragsseitigen Ende 22 des Kettenför­derers 21 ist ein schräggestelltes Grobsieb 23 über ei­nem Auffangbehälter 24 für den Siebdurchgang angeordnet, an dem eine Förderleitung 25 für den Flüssigtransport angeschlossen ist. Unterhalb und neben dem seitlichen Ende des Grobsiebs 23 ist ein Steinebrecher 26, eben­falls mit Auffangbehälter angeordnet, der über eine Lei­tung 27 ebenfalls an die Förderleitung 25 angeschlossen ist.

[0019] Der Speicherraum 16 ist ferner über eine durch eine Ab­schlußtür 28 verschlossene zweite Öffnung mit dem schon durch Tübbings abgestützten Tunnel 30 verbindbar. Durch diese zweite Öffnung kann zum Zwecke des Trockentrans­ports ein zweiter mechanischer Förderer 31 direkt unter das austragsseitige Ende 22 des Kettenförderers 21 ge­schoben werden, so daß der Abbraum direkt in Erdreich-Trans­portwagen oder dergleichen (nicht gezeigt) transportiert werden kann, wobei gegebenenfalls das Grobsieb 23 ent­fallen muß.

[0020] Die Tübbings 29 werden einen an sich bekannten Tübbings­transporteuer 32 in Vortriebsrichtung 7 zur der eigentli­chen Vorrichtung 5 transportiert und dort mittels eines ebenfalls an sich bekannten Erektors 33 gesetzt. An sich bekannte Vorschubpressen 34 stützen sich einerseits an den schon gesetzten Tübbings, andererseits an der Vorrichtung 5 bzw. dem Druckschild 12 ab.

[0021] Ferner ist eine Förderpumpe 35 für Wasser und/oder eine thixotrope Flüssigkeit vorgesehen, die über eine Leitung 36 bis in die Kammer 15 geführt ist und dort im Bereich der ersten Öffnung 19 über eine Spüldüse 37 austritt. Die erste Öffnung 19 kann - druckdicht - mittels eines mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren und schematisch mit 38 bezeichneten Schiebers abge­schottet werden, um auch Reparaturarbeiten in dem Spei­cherraum 16 ausführen zu können.

[0022] Zweckmäßigerweise wird der Steinbrecher 26 nur dann ein­geschaltet, wenn ein gewisser Steinanfall vorliegt. Ebenso kann in dem Rohr 20 vorzugsweise eine Niveau-Meß­einrichtung 40 zur Einstellung des Luftdrucks 16 in der Speicherkammer vorgesehen sein, der dann auf die Flüs­sigkeitsoberfläche und damit auf die die gesamte Kammer 15 ausfüllende Flüssigkeit und damit auf die Ortsbrust vor dem Abbauwerkzeug 6 ausgeübt werden kann.

Ansprüche

1. Verfahren zum Tunnelvortrieb in unterschiedlichen geologischen Formationen, nämlich nicht standfesten, rolligen Böden unterhalb des Grundwasserspiegels, wobei die Ortsbrust ständig mit dem erforderlichen Gegendruck durch ein Medium wie Wasser und/oder einer thixotropen Flüssigkeit beim Vortreiben oder Luft bei Vortriebspau­sen beispielsweise zu Reparaturzwecken beaufschlagt und in jedem Fall mittels eines vor dem Druckschild befind­lichen Abbauwerkzeuges unter Bildung von Abraum abge­baut wird, wobei das sich in der zwischen der Ortsbrust und dem Druckschild gebildeten Kammer befindliche Ge­misch von Abraum im Medium weggefördert wird und der Ab­bauraum von dem schon vorgetriebenen Tunnel druckdicht über den Druckschild abschottbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß entweder zum Zweck des Flüssigtransportes bei druckdicht abge­schottetem Druckschild das Wasser und/oder die thixotrope Flüssigkeit aufweisende fließfähige Gemisch vorzugsweise mechanisch in einen in Vortriebsrichtung hinter dem Druckschild angeordneten, mit der Kammer kommunizie­rend über eine erste Öffnung verbundenen und von dem schon vorgetriebenen Tunnel druckdicht getrennten Spei­cherraum für die Druckluft transportiert, daß dort aus dem Gemisch die Größeren Teile, wie Steine, Fremdkörper oder dergleichen ausgesondert und die ausgesonderten größeren Teile mechanisch zerkleinert und in zerkleiner­ter Form wieder dem Gemisch zugeführt werden und daß das fließfähige Gemisch aus dem Speicherraum druckdicht über eine Förderleitung wegtransportiert wird, oder daß zum Zwecke des Trockentransportes der schüttfähige Abraum bei zum Tunnel über eine zweite Öffnung geöffneten Spei­cherraum zunächst in diesen und von dort mechanisch direkt - ohne Aussondern größerer Teile - über die Öff­nung in den Tunnel transportiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß das fließfähige Gemisch von der Tunnelsohle des Abbauraumes bzw. der Sohle der Kam­mer mechanisch in den Speicherraum gefördert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­kennzeichnet, daß das fließfähige Gemisch zum Teil im Flüssigtransport direkt aus dem Kammer wegge­fördert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­durch gekennzeichnet, daß die größe­ren Teile durch Sieben ausgesondert werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Tun­nelvortrieb, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Druckschild, mit einem in Vortriebsrichtung davor angebrachten Abbauwerkzeug und mit einer Förder­leitung für das fließfähige Gemisch, dadurch ge­kennzeichnet, daß in Vortriebsrichtung hinter dem Druckschild ein von dem schon vorgetriebenen Tunnel druckdicht abgeschotteter Speicherraum angeordnet ist, der mit der Kammer kommunizierend über eine Öffnung in dem Druckschild verbunden ist, daß zwischen dem Ab­bauwerkzeug und dem Druckschild das aufnahmeseitige Ende eines mechanischen ersten Förderers angeordnet ist, der durch die erste Öffnung im Druckschild hindurchgeführt ist und mit seinem austragsseitigen Ende bis in den Spei­cherraum reicht, daß in dem Speicherraum unter dem aus­tragsseitigen Ende ein Grobsieb für die größeren Teile in dem Gemisch über einem Auffangbehälter für den Sieb­durchgang angeordnet ist, daß an dem Auffangbehälter eine Förderleitung zum Flüssigtransport des Gemischs angeord­net ist, die druckdicht aus dem Speicherraum zu dem schon vorgetriebenen Tunnel herausgeführt ist, daß dem Grobsieb ein Steinbrecher für das Siebgut zugeordnet ist, der an die Förderleitung angeschlossen ist, und daß der Speicherraum über eine durch eine Abschlußtür verschlos­sene zweite Öffnung zum Tunnel hin geöffnet werden kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­kennzeichnet, daß das aufnahmeseitige Ende des ersten Förderers bis nahe zu der Sohle der Kammer reicht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­kennzeichnet, daß der erste Förderer eine Förderschnecke, ein Gurtförderer oder ein Ketten- oder Kettenkratzförderer ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da­durch gekennzeichnet, daß das Grob­sieb schräg angeordnet ist und seitlich bis über den Auf­fangbehälter reicht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, da­durch gekennzeichnet, daß unterhalb des seitlichen Endes des Grobsiebes der Auffangbehälter des Steinbrechers angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, da­durch gekennzeichnet, daß durch die zweite Öffnung bei offener Abschlußtür ein mechanischer zweiter Förderer bis unter das austragsseitige Ende des ersten Forderers einschiebbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, da­durch gekennzeichnet, daß das Abbau­werkzeug mit mehreren strahlenförmig von der Mitte aus­gehenden, eine kegelförmige Fläche aufspannenden Bohr­werkzeugen versehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Bohrarme kippbar sowie auswechselbar an dem Bohrkorb angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, da­durch gekennzeichnet, daß zwi­schen den Bohrarmen mechanish, hydraulisch und/oder pneumatisch (in Vortriebrichtung vor- und zurück- sowie anstellbar) verstellbare Stützplatten angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13,da­durch gekennzeichnet, daß die erste Öffnung mittels eines mechanisch, hydraulisch oder pneu­matisch betätigbaren Schiebers abschottbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, da­durch gekennzeichnet, daß der Spei­cherraum mit der ersten Öffnung in dem Druckschild über eine Rohr verbunden ist, in welchem der erste Förderer verläuft.

Zeichnung