[0001] Die Erfindung betrifft einen Vortriebsschild mit einer im Schildvorderteil durch
eine Querwand nach hinten abgedichteten, von vorn durch die Ortsbrust begrenzten,
unter Druck setzbaren Abbaukammer und einer in dieser an der Querwand angeordenten
Arbeitsvorrichtung zum Abbau des an der Ortsbrust anstehenden Materials, wobei im
Bodenbereich der Abbaukammer ein oder mehrere Absaugrohre vorgesehen sind, über die
mittels einer Förderpumpe in einem Flüssigkeits-Ümwälzkreislauf das abgebaute Bodenmaterial
aus der Abbaukammer herausförderbar ist.
[0002] Ein solcher Vortriebsschild ist aus der DE-AS 24 31 512 bekannt. Dort ist der Abbauraum
mit einer unter Druck stehenden thixotropen Stützflüssigkeit ausgefüllt, mit der das
abgebaute Material mittels einer Förderpumpe aus dem Abbauraum in den hinteren druckfreien
Bereich des Schildes herausgelangt, wobei die aus dem Abbauraum mit dem abgebauten
Material herausgepumpte Stützflüssigkeit ständig ersetzt wird. Als Arbeitsvorrichtung
dient bei dem bekannten Vortriebsschild ein schwenkbarer Abbauarm mit drehbarem Schneidkopf,
wobei die Absaugung einerseits am Schneidkopf unmittelbar und andererseits am Boden
des Abbauraums vorgenommen wird.
[0003] Der bekannte Vortriebsschild ist nur für Naßförderung mit flüssigkeitsgestützter
Ortsbrust einsetzbar und kann daher nicht bei ausreichend standfesten Böden trocken
gefahren werden. Ein Einsatz ist ferner bei Böden nicht möglich, die Geröllschichten
und ständige Steinhindernisse enthalten. Bei einzelnen Steinhindernissen muß der
Abbauvorgang unterbrochen und das Hindernis manuell beseitigt werden, d.h. es ist
erforderlich, den unter Druck stehenden Abbauraum zu betreten.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vortriebsschild der eingangs genannten
Art zu schaffen, der auch bei stark wechselnden Bodenarten mit darin eingelagerten
Hindernissen einsetzbar ist, der zur Bergung von Hindernissen kein Betreten des Abbauraumes
erfordert, und bei dem das abgebaute Material nicht nur naß, sondern im Bedarfsfall
auch ohne Umbau trocken gefördert werden kann.
[0005] Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Arbeitsvorrichtung
aus wenigstens einem Greifarm mit auswechselbarem Abbauwerkzeug besteht, daß im Abstand
oberhalb der Absaugrohre ein Rost als Durchlaß für das spülfähige Bodenmaterial vorgesehen
ist, und daß neben dem Rost in der Querwand eine Schleuse zur Abführung des vom Rost
nicht durchgelassenen Abbaumaterials und geborgener Steine angeordnet ist.
[0006] Der erfindungsgemäße Vortriebsschild ist unter allen denkbaren Bedingungen einsetzbar,
nämlich bei lockeren bis sehr fest gelagerten Böden, bei rolligen bis bindigen Böden
und bei Böden, die Geröllschichten und ständige Steinhindernisse enthalten, wobei
der Abbauraum entsprechend den Bodenverhältnissen mit Druckluft, Wasser oder einer
Stützflüssigkeit oder auch mit einer Kombination von Druckluft und Flüssigkeit gefüllt
sein kann, d.h. es kann naß oder trocken gefördert werden. Bei der Naßförderung wird
der Boden über dem Rost vorsortiert. Geröll, Steine und Blöcke können oberhalb des
Rostes über die Schleuse in Spezialfahrzeuge transportiert und trocken abgefahren
werden. Die Auswechselbarkeit des vorzugsweise hydraulisch antreibbaren Abbau werkzeugs
ermöglicht die Anbringung des jeweils für die Bodenverhältnisse zweckmäßigen Werkzeuges.
Als Grundwerkzeug dient dabei ein Exkavator in Form einer Schaufel oder eines Löffels,
während beispielsweise bei Feststellung eines großen Steinhindernisses der Exkavator
durch einen Hydraulikhammer ersetzt wird, um den Stein zu zertrümmern. Alle diese
Abbauvorgänge sind von außerhalb des Abbauraums aus steuerbar.
[0007] Wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Greifarm in einen von der Abbaukammer
abschottbaren Wartungsraum zurückfahrbar ist, kann auch der Werkzeugwechsel und eine
ggfs. erforderliche Reparatur unter atmosphärischem Luftdruck ausgeführt werden.
[0008] Vorzugsweise ist der Greifarm an einem senkrecht verlaufenden Drehkranz angebracht.
Auf diese Weise kann das Abbauwerkzeug alle Stellen der Ortsbrust bis zur Schildschneide
erreichen.
[0009] Im Prinzip genügt ein zentral im Abbauraum angeordneter Greifarm. Aus Gründen der
Redundanz ist es jedoch zweckmäßig, zwei Greifarme nebeneinander im mittleren Bereich
der Querwand vorzusehen, so daß jeweils ein Greifarm in Arbeitsposition sein kann,
während der andere im Wartungsraum repariert oder mit einem anderen Abbauwerkzeug
bestückt wird.
[0010] Von Vorteil ist es ferner, ringförmig in der Schneide des Schildes hydraulisch unabhängig
voneinander nach vorn ausfahrbare Sondiermesser vorzusehen. Diese Sondiermesser können
beispielsweise zum Orten von Steinhindernissen oder als Haube zur Stützung bei der
Bergung von Steinen verwendet werden. Sie können aber auch ausgefahren werden, bevor
der Schildvortrieb erfolgt, wodurch die Vortriebskräfte erheblich vermindert werden
können.
[0011] Für manche Situation kann es erforderlich sein, die Ortsbrust mechanisch zu stützen.
Dafür ist es zweckmäßig, ringförmig am Stirnende des Schildes in dessen mittleren
und oberen Bereich hydraulisch unabhängig voneinander antreibbare Brustverbauplatten
anzuordnen, die aus einer Ausgangsposition, in der sie etwa parallel zum Mantel des
Schildes verlaufen, radial in eine Stützposition schwenkbar sind, in der sie die Stirnöffnung
des Schildes entsprechend der Größe ihrer Fläche versperren. Hierdurch kann beispielsweise
bei Trockenförderung der obere Bereich der Ortsbrust abgestützt werden, während aus
dem unteren Bereich ein Steinhindernis geborgen wird.
[0012] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:
Fig. 1 einen Vortriebsschild beim normalen Arbeitsablauf,
Fig. 2 den Vortriebsschild bei der Steinbergung am oberen Ende der Schildschneide,
Fig. 3 den Vortriebsschild bei der Steinbergung am unteren Ende der Schildschneide,
Fig. 4 den Vortriebsschild bei der Steinbergung unter Druckluft,
Fig. 5 den Vortriebsschild bei der Zertrümmerung eines Steinhindernisses,
Fig. 6a den Vortriebsschild in Vorderansicht ohne Brustverbauplatten und
Fig. 6b den Vortriebsschild in Vorderansicht mit Brustverbauplatten, die zum Teil
ausgefahren sind.
[0013] Der Schildmantel 1 des in Fig. 1 dargestellten Vortriebsschildes ist als Doppelmantel
mit einer Schildschneide 2 am vorderen Ende ausgebildet. Der Schildmantel 1 umschließt
im vorderen Teil des Schildes eine Querwand 3, die eine vordere Abbaukammer 4 unter
völliger Abdichtung von dem hinteren Teil des Vortriebsschildes trennt. Die Abbaukammer
4 reicht mit ihrem vorderen Ende bis an die Ortsbrust 5. Etwa in der Mitte der Querwand
3 ist ein Greifarm 6 angeordnet, an dessen vorderen Ende lösbar ein Abbauwerkzeug
angebracht ist. Beim normalen, in Fig. 1 dargestellten Abbaubetrieb besteht das Abbauwerkzeug
aus einem Exkavator 7 in Form eines Greifers oder Löffels. Der Greifarm ist hydraulisch
mittels mehrerer Kolben-Zylinder-Einheiten steuerbar, um den Boden an der Ortsbrust
5 abzubauen. Durch Anordnung des Greifarms an einem vertikalen Drehkranz 8 kann der
Exkavator alle Stellen der Ortsbrust bis zur Schildschneide erreichen, so daß der
Boden radial abgebaut werden kann und dabei nur Teilflächen der Ortsbrust gestört
werden.
[0014] Im Abstand vom Boden der Abbaukammer 4 befindet sich ein bis an die Querwand 3 reichender
Rost 9, unter dem eine Spülkammer 10 gebildet wird. Bei dem in Fig. 1 dargestellten
Betriebszustand besteht die Ortsbrust aus Sand, so daß eine Stützung mit Druckluft
nicht möglich ist. Zur Stützung ist daher die Abbaukammer 4 mit einer thixotrofpen
Stützflüssigkeit, z.B. mit Bentonit, gefüllt. In der Spülkammer 10 sind Mündungen
von Absaugrohren 11 angeordnet, die mit einer nicht dargestellten Pumpe verbunden
sind, die die thixotrope Flüssigkeit mit dem geförderten Boden, der durch den Rost
9 gefallen ist, aus der Abbaukammer herausfördert. Die dabei mitgenommene Stützflüssigkeit
wird über einen Zulauf nach Reinigung wieder in die Abbaukammer 4 zurückgeführt,
so daß dort der Pegel der Stützflüssigkeit konstant gehalten wird.
[0015] Die Betätigung des Abbauwerkzeuges wird von einem Steuerstand 12 aus bewirkt, der
sich hinter der Querwand 3 im druck losen Raum des Vortriebsschildes befindet. Von
dort kann auch die Ortsbrust auf einem Bildschirm dargestellt und vermessen werden.
Vom Steuerstand 12 werden alle Manipulationen gesteuert, die beim Abbau der Ortsbrust
erforderlich sind. Durch ein Fenster in der Querwand 3 ist es auch möglich, den Abbauvorgang
und die damit verbundenen Manipulationen zu beobachten und zu kontrollieren.
[0016] Dort, wo der Rost 9 an die Querwand 3 angrenzt, ist eine Schleuse 13 vorgesehen,
die aus Sicherheitsgründen mit zwei Absperrschiebern 14 versehen ist, und die dazu
dient, abgebautes Material abzuführen, das nicht durch den Rost 9 gefallen ist. In
der Schleuse 13 befindet sich ein Förderband 15, mit dem die Steine in einen Wagen
16 zum Abtransport befördert werden.
[0017] Am Stirnende des Schildmantels 1 sind ringförmig auf dem gesamten Umfang Sondiermesser
17 angeordnet, die unabhängig voneinander hydraulisch aus der Schildschneide nach
vorn ausfahrbar sind. Diese Sondiermesser 17 üben verschiedene Funktionen aus. Einerseits
können mit ihnen Steinhindernisse im Schneidenbereich geortet werden. Sie können
aber auch - beispielsweise im oberen Bereich des Schildes - ausgefahren werden und
dadurch eine Böschungs-Sicherung an der Ortsbrust ausüben. Sie können aber auch einzeln
vorgefahren werden und damit einen Hohlraum schaffen, in den der Schildmantel einfahren
kann. Dadurch können die Schildvortriebskräfte klein gehalten werden, da sich ein
Druckgewölbe vor dem Schild nicht ausbilden kann, und auch Hebungen, Nachbrüche und
Setzungen sind gering. Die Sondiermesser können unterschiedlich weit ausgefahren werden
und einzeln, in Gruppen oder alle zusammen vorgedrückt werden. Ihre Antriebszylinder
liegen dabei außerhalb der unter Druck stehenden Abbaukammer.
[0018] Als Sicherheitsmaßnahme für Sonderfälle sind am vorderen Ende des Schildmantels
Brustverbauplatten 18 angebracht, die aus der dargestellten Ruhelage, in der sie etwa
parallel zum Schildmantel verlaufen, radial bis zu etwa 90° einwärts geschwenkt werden
können, so daß sie mit ihrer Fläche die Ortsbrust abstützen, was weiter unten noch
näher erläutert wird. Auch die Brustverbauplatten sind unabhängig voneinander bewegbar.
Die Steuerung der Brustverbauplatten 18 erfolgt ebenso wie die Steuerung der Sondiermesser
17 vom Steuerstand 12 aus.
[0019] Die Ortung von Steinen kann durch die Sondiermesser 17 erfolgen, wenn ein Stein sich
im Bereich der Schildschneide befindet, im übrigen Bereich der Ortsbrust erfolgt
die Steinortnung durch den Exkavator 7, oder durch Seismik, durch Schallwandler und
durch Druckanzeigen.
[0020] Fig. 2 zeigt die Bergung eines Steins, der im oberen Bereich der Schildschneide geortet
worden ist. Die Steinbergung erfolgt dabei unter Stützung des unteren Teils der Abbaukammer
mit einer thixotropen Flüssigkeit und Druckluft im oberen Teil der Abbaukammer, so
daß die Bergung unter Sichtkontakt erfolgen kann.
[0021] Fig. 3 zeigt die Bergung eines Steins, der im unteren Bereich der Schildschneide
geortet worden ist, wobei die gesamte Abbaukammer wie in Fig. 1 mit Stützflüssigkeit
ausgefüllt ist.
[0022] Fig. 4 zeigt die Steinbergung in der unter Druckluft stehenden Abbaukammer 4, wobei
der obere Bereich der Ortsbrust durch die einwärts geschwenkten Brustverbauplatten
gestützt wird. Im Bedarfsfall kann zusätzlich der nicht von den Brustverbauflatten
gestützte untere Teil der Ortsbrust mit einer thixotropen Flüssigkeit versiegelt und
gesichert werden.
[0023] Wenn, wie in Fig. 5 dargestellt ist, ein Stein solcher Größe geortet wird, daß er
von dem Abbauwerkzeug nicht mehr gehandhabt werden kann, bietet die Auswechselbarkeit
des Abbauwerkzeuges die Möglichkeit, den Exkavator durch ein Bohr- oder Spaltgerät
zu ersetzen, um den Stein zu zerkleinern. Um den Austausch des Abbauwerkzeuges durchführen
zu können, ist der Greifarm 6 aus der Abbaukammer 4 nach hinten in einen Wartungsraum
19 zurückfahrbar, der unter atmosphärischem Druck steht und gegen die Abbaukammer
abschottbar ist. In der Wartungskammer kann dann unter atmosphärischen Druckbedingungen
der Werkzeugaustausch erfolgen, und es können auch dort Reparaturarbeiten durchgeführt
werden.
[0024] Alle für den Schildvortrieb erforderlichen Manipulationen sind somit durchführbar,
ohne daß die Abbaukammer betreten werden muß.
[0025] Außer den beschriebenen Abbauwerkzeugen können natürlich auch andere Werkzeuge am
Greifarm angebracht werden, wenn es die Beschaffenheit des abzubauenden Bodens erfordert.
Beispielsweise kann auch am Greifarm eine Injektionsausrüstung angebracht werden,
um die Ortsbrust durch Bodenverfestigung zu sichern. Im Bedarfsfall ist auch die Anbringung
einer Bohrvorrichtung möglich.
[0026] Fig. 6a zeigt einen erfindungsgemäß ausgebildeten Vortriebsschild, der keine Brustverbauplatten
enthält. Innerhalb der Schildschneide 2 sind die auf dem Umfang gleichmäßig verteilten
Sondiermesser 17 erkennbar. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind nebeneinander
zwei Greifarme angeordnet, die alle zugehörigen Einrichtungen aufweisen, d.h. einen
linken und rechten Steuerstand 12, eine linke und rechte Steinschleuse 13 sowie einen
linken und rechten Rost 9 mit zugehöriger Spülkammer 10. Beide Greifarme sind - wie
zuvor beschrieben - in einen Wartungsraum zurückfahrbar, so daß jeweils einer der
Greifarme arbeiten kann, während der andere im drucklosen Wartungsraum repariert
oder mit einem entsprechenden Abbauwerkzeug bestückt werden kann.
[0027] Fig. 6b zeigt in Vorderansicht einen Vortriebsschild wie in Fig. 6a, jedoch mit zusätzlicher
Ausrüstung mit Brustverbauplatten 18. Im rechten Teil sind die Verbauplatten in ausge
fahrenem Zustand dargestellt, in dem sie ihre Stützfunktion für die Ortsbrust ausüben,
während sie im linken Teil von Fig. 6b im zurückgefahrenen Zustand dargestellt sind.
Die Verbauplatten erstrecken sich nicht über den gesamten Umfang, sondern nur über
den mittleren und oberen Teil über einem Umfangswinkel von etwa 200°.
1. Vortriebsschild mit einer im Schildvorderteil durch eine Querwand nach hinten abgedichteten,
nach vorn durch die Ortsbrust begrenzten, unter Druck setzbaren Abbaukammer und einer
in dieser an der Querwand angeordneten Arbeitsvorrichtung zum Abbau des an der Ortsbrust
anstehenden Materials, wobei im Bodenbereich der Abbaukammer ein oder mehrere Absaugrohre
vorgesehen sind, über die mittels einer Förderpumpe in einem Flüssigkeits-Umwälzkreislauf
das abgebaute Bodenmaterial aus der Abbaukammer herausförderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsvorrichtung aus wenigstens einem Greifarm (6) mit auswechselbarem
Abbauwerkzeug (7) besteht, daß im Abstand oberhalb der Absaugrohre (11) ein Rost
(9) als Durchlaß für das spülfähige Bodenmaterial vorgesehen ist, und daß neben dem
Rost (9) in der Querwand (3) eine Schleuse (13) zur Abführung des vom Rost (9) nicht
durchgelassenen Abbaumaterials und geborgener Steine angeordnet ist.
2. Vortriebsschild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifarm (6) nach hinten in einen von der Abbaukammer (4) abschottbaren
Wartungsraum (19) zurückfahrbar ist.
3. Vortriebsschild nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifarm (6) an einem senkrecht verlaufenden Drehkranz (8) angebracht ist.
4. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nebeneinander zwei unabhängig voneinander steuerbare Greifarme (6) vorgesehen
sind.
5. Vortriebsschild nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ringförmig in der Schneide (2) des Schildes hydraulisch unabhängig voneinander
nach vorn ausfahrbare Sondiermesser (18) angeordnet sind.
6. Vortriebsschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ringförmig am Stirnende des Schildes in dessen mittleren und oberen Bereich hydraulisch
unabhängig voneinander antreibbare Brustverbauplatten (18) angeordnet sind, die aus
einer Ausgangsposition, in der sie etwa parallel zum Schildmantel (1) verlaufen, radial
in eine Stützposition schwenkbar sind, in der sie die Stirnöffnung des Schildes entsprechend
der Größe ihrer Fläche versperren.
7. Vortriebsschild nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Schleuse (13) ein Schneckenförderer vorgesehen ist.