CH615727A5

CH615727A5 -

Info

Publication number: CH615727A5
Application number: CH295877A
Authority: CH
Inventors: Herbert Heitkamp; Rolf Stoltz
Original assignee: Gewerk Eisenhuette Westfalia
Priority date: 1976-03-23
Filing date: 1977-03-09
Publication date: 1980-02-15
Also published as: FR2345581B1; GB1573961A; DE2612169B2; AT353310B; DE2612169A1; JPS593632B2; US4095436A; ATA115377A; DE2612169C3; ES456463A1; JPS52126039A; FR2345581A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vortreiben eines Verbauschildes für den Stollen- und Tunnelbau mit von einem Rahmen geführten und gestützten Vortriebsmessern, die über den Umfang des Rahmens verteilt und in Vortriebsrichtung ausgerichtet und über zwischen Rahmen und Vortriebsmesser wirksame Schubkolbengetriebe vortreibbar sind, wobei während der Rahmenbewegung bzw. der Messerbewegung in Vortriebsrichtung mehrere Schubkolbengetriebe oder -gruppen hydraulisch zusammenwirken, die derart zueinander angeordnet sind, dass ihre Kraftangriffsschwerpunkte am Rahmen die Rahmenanlage quer zur Vortriebsrichtung steuern.

Bekanntlich werden Schilde zum Auffahren eines Tunneloder Stollenquerschnittes in Böden vorgetrieben, deren Beschaffenheit sehr unterschiedlich sein kann. Bei gesteinsartiger Bodenbeschaffenheit ist ein Freischneiden des Tunneloder Stollenquerschnittes durch eine zusätzliche Schneideinrichtung unumgänglich. Diese gesteinsartige Beschaffenheit des Bodens ist jedoch keineswegs immer homogen, sondern oft mit sandartigen Schichten durchzogen, so dass nach dem Freischneiden des Querschnittes die Gefahr besteht, dass der Teil der Tunnel- oder Stollenwandung, der von den sandigen Schichten gebildet wird, einstürzt; es sei denn, die einsturzgefährdeten Wandbereiche werden unverzüglich nach dem Freischneiden abgestützt. Um diesen zeitlichen Verzug zwischen dem Freischneiden und dem Abstützen dieses Wandbereiches möglichst klein zu halten, sind Teilbereichsabstützungen erforderlich, deren Abstützteile nach der Erzeugung der Tunneloder Stollenwand sofort wirksam werden. Diese Einsatzbedingungen sind nur mit einem Verbauschild zu beherrschen, da bereits nach einem Freischneiden der Tunnel- oder Stollenwand auf Messerbohlenbreite dieser Teilbereich der Tunneloder Stollenwand durch Vorfahren der entsprechenden Messerbohle abzustützen ist.

Es ist nach der DT-OS 2 239 565 eine hydraulische Vorschubvorrichtung für den Verbauschildvortrieb im Tunneloder Stollenbau u. dgl. bekannt, wobei die hydraulischen Vortriebszylinder ausschliesslich zwischen einem Stützrahmen und den über einen Vortriebsrahmen gekuppelten Messerbohlen wirksam sind. Ausserdem sind die über den Umfang des Vortriebsrahmens verteilt angeordneten Vortriebszylinder an ein hydraulisches Pumpensystem angeschlossen und zu drei über den Umfang des Vortriebsrahmens in Abständen angeordneten Zylindergruppen mit jeweils einer gruppeneigenen Druckmittelzuleitung zusammengefasst. Dabei können unterschiedlich lange Vortriebswege der drei Zylindergruppen untereinander durch unterschiedlich grosse Mengenbeaufschlagung der einzelnen Zylindergruppen erreicht werden.

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Es hat sich hierbei als Nachteil herausgestellt, dass beim bisherigen Vortriebsverfahren für Verbauschilde eine ausreichend grosse Anlagefläche des Schildmantels zum umgebenden Erdreich vorausgesetzt werden muss, da die grossen Vortriebskräfte des Schildes nur über den Kraftschluss der Reibungskräfte zwischen Schildmantel und dem ihn umgebenden Erdreich zu erzeugen sind, was in Böden mit Gesteinsschichten und bei Tunnelquerschnitten, die mit Überschnitt aufgefahren werden, nicht zu erreichen ist.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vortreiben eines Messerschildes unter Verwendung von zu Steuergruppen zusammengefassten Schubkolbengetrieben zu schaffen, das bzw. die ein gut steuerbares Auffahren von Tunneln und Stollen auch in Böden ermöglicht, die sowohl Sandschichten als auch Gesteinsschichten beinhalten. Dies gilt insbesondere auch für solche Böden, die es aufgrund ihrer Zusammensetzung nicht zulassen, dass zwischen der Aussenfläche der Vortriebsmesser und dem umgebenden Erdreich ausreichende Reibungswiderstände entstehen.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass mindestens zwei Steuergruppen mit jeweils mehreren über den Umfang eines Verbauschildes verteilten Schubkolbengetrieben vorgesehen sind, wobei eine erste Steuergruppe aus zwischen Rahmen und Vortriebsmessern wirksamen Schubkolbengetrieben besteht, wobei nach dem Vorfahren der Vortriebsmesser dieselben mittels zusätzlicher Spreizvorrichtungen sich am umgebenden Erdreich abstützen und anschliessend eine zweite Steuergruppe mit sich am Rahmen und am Stollen- oder Tunnelausbau abstützenden Schubkolbengetrieben den Rahmen vorfährt, wobei gleichzeitig die Schubkolbengetriebe der ersten Steuergruppe einfahren, derart, dass über zwischen den Steuergruppen abgestimmte Druckmittelmengen und -drücke eine Steuerung der Rahmenlage während des Vorfahrens ermöglicht wird.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass bezüglich der Bodenbeschaffenheit das Einsatzgebiet eines derartigen Verbauschildes erweitert wird, weil die von der Vortriebskraft erzeugte Reaktionskraft des Verbauschildes teilweise über einen Formschluss mit dem rückwärtigen Tunnel- oder Stollenausbau abzusetzen ist. Die Kombination der Steuergruppen bezüglich ihrer Abstützung am umgebenden Erdreich einerseits (bei wenigstens einer Steuergruppe) und am Stollen- oder Tunnelausbau andererseits (bei wenigstens einer weiteren Steuergruppe) in Verbindung mit der Regelung der Druckmittelmengen und -drücke ermöglicht eine optimale Steuerung eines solchen Verbauschildes, insbesondere in nicht standfesten Gebirgen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind, über den Umfang des Verbauschildes verteilt, mindestens zwei Steuergruppen von Schubkolbengetrieben vorgesehen, wobei wenigstens eine erste Steuergruppe in Nebeneinanderanordnung zwischen Rahmen und Vortriebsmessern wirksame Schubkolbengetriebe aufweist und wenigstens eine zweite Steuergruppe aus in Nebeneinanderanordnung zwischen Rahmen oder Anbauteilen desselben und dem Stollen- oder Tunnelausbau wirksamen Schubkolbengetrieben besteht. Zweckmässigerweise wird einer oder mehreren der Steuergruppen von Schubkolbengetrieben eine konstante Druckmittelmenge und einer oder mehreren weiteren Steuergruppen eine gegenüber der ersten oder den ersten Steuergruppen geringfügig regelbare Druckmittelmenge zugeführt. Durch die zwischen Rahmen oder Anbauteilen desselben und des Tunnelausbaues wirksamen Schubkolbengetriebe sind in vorteilhafter Weise relativ grosse Steuerkräfte zu erreichen.

Um einen möglichst grossen Hebelarm für die Steuerkräfte zu erzielen, sind die Schubkolbengetriebe der Steuergruppen zweckmässig einzeln zu- und abschaltbar, da hiermit eine sinngemässe Verlagerung des resultierenden Kraftangriffsschwerpunktes am Rahmen bewirkt wird.

Nach einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist eine obere, zwischen Rahmen und Vortriebsmesser wirkende und je mindestens eine, spiegelbildlich zur Mittellängsebene des Schildes angeordnete, Schubkolbengetriebe aufweisende Steuergruppe vorgesehen, wobei die Schubkolbengetriebe jeweils über Stromregelventile mit einer konstanten Druckmittelmenge beaufschlagt werden und ist eine untere, sich im Sohlbereich des Verbauschildes am Rahmen und/oder einer Bodenwanne des Verbauschildes einerseits und am Tunnelausbau andererseits abstützende zweite Steuergruppe vorgesehen, der eine regelbare Druckmittelmenge zugeführt wird. Durch die Verwendung einer Bodenwanne ist ein vorteilhafter Einsatz des Verbauschildes in wasserhaltigen Böden gegeben.

Um eine Beschädigung des rückwärtigen Tunnel- oder Stollenausbaues durch die am Ausbau abzusetzende Reaktionskraft der Vortriebskraft des Schildes zu vermeiden, weist die sich einerseits am Rahmen und/oder anderen Teilen desselben und des Tunnelausbaues andererseits abstützende Steuergruppe zweckmässig mehrere nebeneinander angeordnete Schubkolbengetriebe auf, die jedes über Stromregelventile mit der gleichen Druckmittelmenge beaufschlagt werden, wobei jedem der benachbarten Schubkolbengetriebe ein einstellbares Druckbegrenzungsventil zugeordnet ist, derart, dass über eine abgestufte Einstellung benachbarter Druckbegrenzungsventile eine mit Bezug auf die vertikale Mittellängsebene des Verbauschildes links- oder rechtsseitig stärkere Vorschubkraft in den Verbauschild einleitbar ist.

Damit eine Steuerung des Verbauschildes auch bei einem mit Überschnitt aufgefahrenen Tunnel- oder Stollenquerschnitt möglich ist, sind in vorteilhafter Weise ein oder mehrere, einer Steuergruppe zugeordnete Vortriebsmesser mit sich gegen das umgebende Erdreich abstützenden Spreizvorrichtungen versehen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen mittigen vertikalen Längsschnitt durch einen Verbauschild mit einer hinter dem Vorläufer des Verbauschildes angebrachten Tunnelauskleidung,

Fig. 2 schematisch einen Querschnitt des Verbauschildes nach dem Schnitt II-II gemäss Fig. 1 mit einer Steuergruppen-Einteilung und -Anordnung und

Fig. 3 einen Hydraulikschaltplan für die Steuergruppen.

Die Zeichnung zeigt einen Verbauschild 1 für den Einsatz im Stollen- und Tunnelbau. Mehrere Vortriebsmesser 3, in Vortriebsrichtung ausgerichtet, bilden durch Übereinander-und Nebeneinanderanordnung den oberen Mantelteil des Verbauschildes 1. Diese Vortriebsmesser 3 sind von einem innerhalb des Verbauschildes 1 angeordneten Rahmen 2 gestützt und geführt. Zwischen dem Rahmen 2 und den Vortriebsmessern 3 ist jeweils ein in Vortriebsrichtung ausgerichtetes Schubkolbengetriebe 4 eingeschaltet. Der untere Mantelteil des Verbauschildes 1 ist als Bodenwanne 10 ausgebildet und am Rahmen 2 befestigt. Zwischen der Bodenwanne 10 und einem rückwärtigen Tunnelausbau 9, wie etwa Tübbing 14, sind weitere Schubkolbengetriebe 7,7', 7", 7"' eingeschaltet.

Zur Steuerung des Verbauschildes 1 sind zwei Steuergruppen 5 und 6 mit Schubkolbengetrieben 4', 4", 7,7', 7" und 7" vorgesehen (Fig. 2), die - wie später erläutert - hydraulisch zusammenwirken. Die erste Steuergruppe 5 ist im oberen Mantelteil des Verbauschildes 1 angeordnet. Sie besteht aus je zwei spiegelbildlich zur Mittellängsebene des Schildes angeordneten Schubkolbengetrieben 4' und 4". Die beiden Schubkol-

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bengetriebe 4' und die beiden Schubkolbengetriebe 4 sind jeweils als Doppelschubkolbengetriebe wirkend hydraulisch verknüpft. Ausserdem sind die durch die Doppelschubkolbengetriebe vortreibbaren Messerbohlen 3 mit je einer Spreizvorrichtung 8 versehen. Die zweite Steuergruppe 6 wird durch die einenends an der Bodenwanne 10 und anderenends sich am rückwärtigen Tunnelausbau 9 abstützenden Schubkolbengetriebe 7,7', 7", 7"' gebildet, wobei die beiden Schubkolbengetriebe 7,7' linksseitig und die beiden Schubkolbengetriebe 7" und 7" rechtsseitig symmetrisch der vertikalen Mittellängsebene des Verbauschildes angeordnet sind.

Im hydraulischen Schaltplan nach Fig. 3 ist jeweils ein Hydraulikkreis für eine Steuergruppe 5 und 6 dargestellt. Beide Schaltkreise werden von je einer Pumpe mit einem Druckmittel versorgt. In die Druckmittelzuleitung der ersten Steuergruppe 5 sind deren Pumpe zwei parallel geschaltete Wegeventile 15 und 16 nachgeschaltet, denen wiederum jeweils ein Stromregelventil 11 nachgeschaltet ist. Die Druckmittelzuleitung des zweiten Schaltkreises wird nach der Pumpe in vier Druckmittelzuleitungen aufgeteilt. Sie sind an jeweils ein Wegeventil 17,17', 18,18' angeschlossen, dem ein Stromregelventil 12 nachgeschaltet ist.

Die Wirkungsweise der Steuervorrichtung ist folgende: Soll der Verbauschild eine Steuerbewegung in der vertikalen Ebene ausführen, also «tauchen» oder «klettern», dann muss die räumliche Lage des die Vortriebsmesser 3 stützenden und führenden Rahmens 2 verändert werden. Dies geschieht dadurch, dass die erste Steuergruppe 5 ihre Schubkolbengetriebe 4' und 4" durch Betätigung der Wegeventile 15 und 16 ausfährt. Gegebenenfalls sind nun die beiden Spreizvorrichtungen 8 zu betätigen, um eine Abstützung der Steuergruppe 5

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gegenüber dem umgebenden Erdreich zu gewährleisten. Wenn alle übrigen Vortriebsmesser 3 vorgetrieben sind, wird der Rahmen 2 in Vortriebsrichtung nachgerückt. Dieses Nachrük-ken des Rahmens 2 wird damit erreicht, dass die Wegeventile s 15 und 16 wiederum betätigt werden, jedoch im entgegengesetzten Sinn, so dass die Schubkolbengetriebe 4' und 4" einfahren, wobei gleichzeitig die Wegeventile 17,17', 18 und 18' betätigt werden, so dass die sich im eingeschobenen Zustand befindenden Schubkolbengetriebe 7,7', 7", 7" ausgefahren 10 werden. Dabei wird den Schubkolbengetrieben 4', 4" der ersten Steuergruppe 5 eine konstante Druckmittelmenge und den Schubkolbengetrieben 1,1', 7", T" der zweiten Steuergruppe eine gegenüber der ersten Steuergruppe 5 geringfügig regelbare Druckmittelmenge zugeführt. Über diese Regelung 15 der Druckmittelmengen können unterschiedlich lange Schubkolbenhübe zwischen den einzelnen Steuergruppen erreicht werden, die sich letztendlich in einer veränderten räumlichen Lage des Rahmens 2 auswirken.

Für eine Steuerbewegung des Messerschildes 1 in der hori-20 zontalen Ebene werden während des Nachrückens des Rahmens 2 in Vortriebsrichtung die vier Druckbegrenzungsventile 13 untereinander derart abgestuft eingestellt, dass mit Bezug auf die vertikale Mittellängsebene des Verbauschildes 1 links-oder rechtsseitig eine stärkere Vorschubkraft in den Rahmen 2 25 einleitbar ist. Ausserdem ist diese mit Bezug auf die vertikale Mittellängsebene einseitig wirkende stärkere Vorschubkraft in ihrer den Rahmen 2 steuernden Wirkung dadurch zu verbessern, dass die normalerweise auf der anderen Seite der Mittellängsebene wirkende schwächere Vorschubkraft entfällt, 30 indem die Schubkolbengetriebe der entsprechenden Seite abgeschaltet werden können.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Verfahren zum Vortreiben eines Verbauschildes für den Stollen- und Tunnelbau mit von einem Rahmen geführten und gestützten Vortriebsmessern, die über den Umfang des Rahmens verteilt und in Vortriebsrichtung ausgerichtet und über zwischen Rahmen und Vortriebsmesser wirksame Schubkolbengetriebe vortreibbar sind, wobei während der Rahmenbewegung bzw. der Messerbewegung in Vortriebsrichtung mehrere Schubkolbengetriebe oder -gruppen hydraulisch zusammenwirken, die derart zueinander angeordnet sind, dass ihre Kraftangriffsschwerpunkte am Rahmen die Rahmenlage quer zur Vortriebsrichtung steuern, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Steuergruppen (5 und 6) mit jeweils mehreren über den Umfang eines Verbauschildes (1) verteilten Schubkolbengetrieben (4', 4", 7,7', 7", 7"') vorgesehen sind, wobei eine erste Steuergruppe (5) aus zwischen Rahmen (2) und Vortriebsmessern (3) wirksamen Schubkolbengetrieben (4' und 4") besteht, wobei nach dem Vorfahren der Vortriebsmesser dieselben mittels zusätzlicher Spreizvorrichtungen (8) sich am umgebenden Erdreich abstützen und anschliessend eine zweite Steuergruppe (6) mit sich am Rahmen und am Stollen- oder Tunnelausbau (9) abstützenden Schubkolbengetrieben (7, 7', 7", 7"') den Rahmen vorfährt, wobei gleichzeitig die Schubkolbengetriebe (4' und 4") der ersten Steuergruppe (5) einfahren, derart, dass über zwischen den Steuergruppen (5, 6) abgestimmte Druckmittelmengen und -drücke eine Steuerung der Rahmenlage während des Vorfahrens ermöglicht wird.

2. Steuervorrichtung für den Schildvortrieb nach Anspruch 1 mit in Vortriebsrichtung ausgerichteten, über den Umfang des Verbauschildes verteilten Schubkolbengetrieben, die zumindest teilweise zwischen einem Rahmen und gegenüber diesem vortreibbaren Vortriebsmessern eingeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang des Verbauschildes (1) verteilt mindestens zwei Steuergruppen (5 und 6) von Schubkolbengetrieben (4', 4", 7,7', 7", 7"') vorgesehen sind, wobei wenigstens eine erste Steuergruppe (5) in Nebeneinanderanordnung zwischen Rahmen (2) und Vortriebsmessern (3) wirksame Schubkolbengetriebe (4', 4") aufweist, und wenigstens eine zweite Steuergruppe (6) aus in Nebeneinanderanordnung zwischen Rahmen oder Anbauteilen desselben und dem Stollen- oder Tunnelausbau (9) wirksamen Schubkolbengetrieben (7,7', 7", 7"') besteht.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehreren der Steuergruppen (5) von Schubkolbengetrieben (4', 4") eine konstante Druckmittelmenge und einer oder mehreren weiteren Steuergruppen (6) eine gegenüber der ersten oder den ersten Steuergruppen (5) regelbare Druckmittelmenge zugeführt wird.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubkolbengetriebe (4', 4", 7,7', 7", 7"') der Steuergruppen (5 und 6) zur Steuerung des Verbauschildes (1) einzeln zu- und abschaltbar sind.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine obere, zwischen Rahmen (2) und Vortriebsmesser (3) wirkende und je mindestens eine spiegelbildlich zur Mittellängsebene des Verbauschildes (1) angeordnete Schubkolbengetriebe (4', 4") aufweisende Steuergruppe (5) vorgesehen ist, wobei diese Schubkolbengetriebe (4', 4") jeweils über Stromregelventile (11) mit einer konstanten Druckmittelmenge beaufschlagt werden, und dass eine untere, sich im Sohlbereich des Verbauschildes am Rahmen und/oder einer Bodenwanne (10) des Verbauschildes einerseits und am Tunnelausbau (9) andererseits abstützende zweite Steuergruppe (6) vorgesehen ist, der eine regelbare Druckmittelmenge zugeführt wird.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sich einerseits am Rahmen (2) und/oder

Anbauteilen desselben und des Stollen- oder Tunnelausbaus (9) andererseits abstützende Steuergruppe (6) mehrere nebeneinander angeordnete Schubkolbengetriebe (7,7', 7", 7"') aufweist, die jedes über Stromregelventile (12) mit der gleichen Druckmittelmenge beaufschlagt werden, wobei jedem der benachbarten Schubkolbengetriebe (7) ein einstellbares Druckbegrenzungsventil (13) zugeordnet ist, derart, dass über eine abgestufte Einstellung benachbarter Druckbegrenzungsventile (13) eine mit Bezug auf die vertikale Mittellängsebene des Verbauschildes (1) links- oder rechtsseitig stärkere Vorschubkraft in den Verbauschild einleitbar ist.

7. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere, der ersten Steuergruppe (5) bzw. den -gruppen zugeordnete Vortriebsmesser (3) mit sich gegen das umgebende Erdreich abstützbaren Spreizvorrichtungen (8) versehen sind.