DE20009460U1

DE20009460U1 - Tunnelbohrmaschine

Info

Publication number: DE20009460U1
Application number: DE20009460U
Authority: DE
Original assignee: Wirth Maschinen und Bohrgeraete Fabrik GmbH
Current assignee: Mhwirth GmbH
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2001-10-04
Anticipated expiration: 2010-05-26

Description

KÖNIG · PALGEN ■ SCHUMACHER · KLUIN

DÜSSELDORF·ESSEN PATENTANWÄLTE

UNSER ZEICHEN: 100 388 PP/SCh Düsseldorf, den 25. Mai 2000

Akten-Nr. 38

WIRTH

MASCHINEN- UND BOHRGERATEFABRIK GMBH Kölner Straße 71 - 78

D-41812 Erkelenz

Tunnelbohrmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tunnelbohrmaschine der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art, die zum Beispiel aus der DE 195 34 814 A1 bekannt ist.

Bei Tunnelvortrieben stellen sich besonders in weichen Böden infolge des gebildeten Hohlraums Setzungen an der Geländeoberfläche ein. Beobachtungen und Messungen haben ergeben, daß diese Setzungen oberhalb der Bereiche des Schneidrades, der Schildanordnung und der Tunnelauskleidungsinstallation auftreten. Ein nicht unerheblicher Anteil dieser Setzungen ist über der Schildkonstruktion zu verzeichnen.

Bisher sind in der Tunnelvortriebstechnik keine Verfahren und konstruktiven Maßnahmen bekannt, die dem Setzungsverhalten des Geländes speziell in dem Bereich der Schildanordnung positiv entgegenwirken.
15

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Setzungserscheinungen in diesem Bereich, d.h. zwischen Bohrkopf und Tunnelauskleiidung (Tübbinge) entgegenzuwirken.

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TEL. +4ä'-'s'V-i - eTs'145 -&Oacgr; '"FAX +49 -51 "- 36 1 45 - 5O · D@KPSK.de

D-4O549 DÜSSELDORF, LOHENGRINSTRASSE 1 1 ■ D-45133 ESSEN, FRÜHLINGSTPASSE 43A

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.

Der sich zwischen Schildkonstruktion und der gebohrten Tunnelröhre einstellende Ringspalt entlang des Schildes - beginnend an der Schildvorderkante unmittelbar hinter dem Bohrkopf und spätestens endend an der Schildhinterkante unmittelbar am Punkt der Ringspaltverfüllung zwischen Tunnelauskleidung und schon gebohrtem Tunnelabschnitt - wird mit einer geeigneten Stützflüssigkeit gefüllt. Diese Flüssigkeit wird unter einen entsprechenden Überdruck gesetzt, um den gebohrten Tunnelabschnitt in diesem Bereich wirksam zu stützen. Dadurch soll den infolge der Hohlraumbildung durch den Tunnelvortrieb zu erwartenden Baugrundbewegungen und nachfolgenden Setzungen an der Geländeoberfläche entgegengewirkt werden.

Gemäß Anspruch 2 umfaßt die Dichtungsanordnung zumindest einen länglichen, sich nahe dem vorderen Rand der Schildanordnung erstreckenden länglichen, in Umfangsrichtung verlaufenden Dichtungsabschnitt, der den besagten Druckraum gegen den Bohrkopf hin abdichtet.

Der Dichtungsabschnitt kann sich über den ganzen Umfang oder nur einen Teil desselben erstrecken.

Im letzteren Fall können sich gemäß Anspruch 3 von den Enden des nur über einen Teil des Umfangs verlaufenden vorderen Dichtungsabschnitts eine Strecke nach rückwärts erstreckende seitliche Dichtungsabschnitte vorgesehen sein.

Bei Vorhandensein derartiger seitlicher Dichtungsabschnitte wäre der Druckraum im oberen Bereich der Schildanordnung gelegen und würde seine Kraft nach oben ausüben, wo die Setzungen in erster Linie eintreten. Es ist aber nicht unbedingt notwendig, die seitlichen Dichtungsabschnitte vorzusehen:

die stützende Wirkung tritt auch ein, wenn die Stützflüssigkeit in einer sich ·· ·· : ·· ·· : : .:

über 360° in Umfangsrichtung sich erstrekenden Druckkammer vorhanden ist.

Die in Umfangsrichtung sich erstreckende Dichtungskonstruktion wird vorzugsweise im Bereich der vorderen Schildkante installiert. Die Abdichtung der Druckkammer im Bereich der hinteren Schildkante kann durch die sich einstellende Grenzfläche zwischen besagter Stützflüssigkeit sowie der für die Ringspaltverfüllung zwischen Tunnelauskieidung und bereits gebohrtem Tunnelabschnitt eingebrachten Hinterfüllmasse erfolgen.

Es ist aber auch möglich, in einem rückwärtigen Bereich der Schildanordnung einen besonderen rückwärtigen in Umfangsrichtung verlaufenden Dichtungsabschnitt vorzusehen (Anspruch 4), der im Falle des Vorhandenseins seitlicher Dichtungsabschnitte deren hintere Enden verbindet.

Die Dichtungsabschnitte sind gemäß Anspruch 5 zweckmäßig in Anlage und außer Anlage an dem inneren Umfang des bereits gebohrten Tunnelabschnitts bringbar, so daß sie beim abschnittweisen Vorschieben der Schildanordnung außer Anlage bringbar sind und dann nicht stören.

Gemäß Anspruch 6 können die Dichtungsabschnitte einen Dichtstreifen umfassen, der um einen Längsrand aus einer zurückgezogenen in eine Stellung der Anlage des anderen Längsrandes an dem Innenumfang des schon gebohrten Tunnelabschnitts verschwenkbar ist.

Der Dichtstreifen besteht vorteilhaft aus einem elastomeren Material und ist an dem einen Längsrand an der Schildanordnung festgelegt (Anspruch 7).

In der Nähe des anderen Längsrandes kann gemäß Anspruch 8 auf der Innenseite des Dichtstreifens zwischen diesem und der Schildanordnung ein längs des Dichtstreifens verlaufender aufblasbarer Schlauch zum Kippen des Dichtstreifens um den anderen Längsrand vorgesehen sein.

Die Dichtungsabschnitte können insgesamt in Nuten der Schildanordnung derart vorgesehen sein, daß sie in zurückgezogenem Zustand innerhalb des Außenumfangs der Schildanordnung gelegen und bei entsprechender Betätigung nach außerhalb des Außenumfangs verlagerbar sind (Anspruch 9).
5

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Teillängsschnitt des vorderen Bereichs einer Tunnelvortriebsmaschine mit Schildanordnung;
10

Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 mit Il bezeichneten strichpunktiert umrahmten Bereich in vergrößerter Wiedergabe;

Fig. 3 zeigt den in Fig. 2 mit III bezeichneten strichpunktierten Bereich in erneut vergrößerter Wiedergabe.

Die in Fig. 1 als Ganzes mit 100 bezeichnete Tunnelbohrmaschine arbeitet in einem schon gebohrten Tunnelabschnitt 1 und weist an ihrer Vorderseite, d.h. in Vorschubrichtung, einen drehbaren, als Ganzes mit 10 bezeichneten Bohrkopf auf, der an seiner zu der Bohrachse A senkrechten Stirnseite Bohrwerkzeuge 2 trägt, die an der Ortsbrust 3 arbeiten und diese abtragen. Das abgetragene Material wird mittels Förderbändern 4,5 nach hinten hinweggefördert.

In dem dem Bohrkopf 10 benachbarten Bereich ist eine Schildanordnung 20 vorgesehen, die als zylindrisches Rohr mit geschlossener Wandung ausgebildet ist, am Innenumfang 6 des schon gebohrten Tunnelabschnitts 1 anliegt und zur Abstützung des Maschinenkörpers der Tunnelbohrmaschine 100 und des Bohrkopfes 10 dient. Am rückwärtigen Ende 21 der Schildanordnung 20 wird die Tunnelauskleidung 30 in Gestalt von Tübbingen 31 eingebracht und der Zwischenraum 32 zwischen dem Außenumfang der Tübbinge 31 und dem Innenumfang 6 des schon gebohrten Tunnelabschnitts 1 mit einer geeigneten in Fig. 1 durch Punkte angedeuteten Hinterfüllmasse 33 ausgefüllt,

so daß ein Kraftschluß zwischen den Tübbingen 31 und dem umgebenden Gebirge entsteht.

Durch das Bohren des Tunnelquerschnitts ist im Gebirge ein Hohlraum geschaffen worden, und in dem oberen Bereich des Tunnelquerschnitts ist kein Gegendruck mehr vorhanden. Anteile des Gebirgsdrucks sind nicht ausbalanciert, und es kommt zu Setzungen, die vermieden werden sollen.

Aus diesem Grund wird im Bereich der Schildanordnung 20 durch eine an deren Außenumfang angebrachte Dichtungsanordnung ein Druckraum 7 (Fig. 2, 3) gebildet, der mit einer geeigneten Stützflüssigkeit füllbar ist, die zumindest auch gegen den oberen Bereich des Tunnelquerschnitts wirkt und den Gebirgsdruck abfängt.

Zur Bildung des Druckraums 7 sind zwischen dem Außenumfang 22 der Schildanordnung 20 und dem Innenumfang 6 des schon gebohrten Tunnelabschnitts 1 Dichtungsanordnungen vorgesehen. Eine Dichtungsanordnung 25 ist in der Nähe des vorderen Endes 23 der Schildanordnung 20 vorgesehen und verläuft in Umfangsrichtung. Sie kann sich über den ganzen Umfang erstrecken oder nur einen Teil desselben einnehmen.

Der Zwischenraum 32 zwischen dem Innenumfang 6 des schon gebohrten Tunnelabschnitts 1 und dem Außenumfang 22 der Schildanordnung 20 bildet den Druckraum 7, der durch eine nicht dargestellte Zuleitung mit Stützflüssigkeit, zum Beispiel Wasser oder auf Wasserbasis, füllbar ist. Der vordere Dichtungsabschnitt 25 verhindert den Austritt der Stützflüssigkeit nach vorne gegen die Ortsbrust 3 hin.

Der Druckraum 7 kann nach hinten durch die Grenzfläche der in den Zwischenraum 32 eingebrachten Hinterfüllmasse 33 gebildet sein. Es baut sich in diesem Fall auf der Außenseite der Schildanordnung 20 über deren Länge ein Stützdruck auf.

Es ist aber auch möglich, nach hinten ebenfalls eine Dichtung 26 entsprechend der Dichtung 25 im vorderen Bereich vorzusehen, wie es in Fig. 1 durch das schwarze Rechteck dargestellt ist. In diesem Fall erstreckt sich der Druckraum 7 zwischen den Dichtungen 25 und 26. Die Lage der hinteren Dichtung 26 kann zweckentsprechend gewählt werden.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Dichtungen 25,26 über 360° in Umfangsrichtung, so daß der Druckraum 7 die Gestalt eines die Schildanordnung 20 umgebenden Zylinders hat. Hierbei entsteht auch ein nach oben gerichteter Stützdruck für das Gebirge.

Es ist aber auch möglich, die Dichtungen 25,26 nur über einen Teil des Umfangs verlaufen zu lassen und sie durch sich an den Seiten der Schildanordnung achsparallel verlaufende Dichtungsanordnungen zu verbinden. Dadurch entsteht ein teilzylinderschalenförmiger Druckraum 7, dessen resultierende Kraft nur nach oben gerichtet ist.

Die in Fig. 1 nur schematisch durch Rechtecke angedeuteten Dichtungsabschnitte 25,26 und die gegebenenfalls noch vorhandenen seitlichen Dichtungsabschnitte umfassen Dichtstreifen 40 aus elastomeren Material, die gemäß Fig. 3 am linken Längsrand an der Schildanordnung 20 festgelegt und um diesen Längsrand in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise verschwenkbar oder kippbar sind. Die Dichtstreifen 40 sind gemäß Fig. 3 in einer Nut 41 von rechteckigem Querschnitt untergebracht, die sich bei den Dichtungsabschnitten 25,26 in Umfangsrichtung, bei den nicht dargestellten seitlichen Dichtungsabschnitten in Längsrichtung erstreckt.

Der Dichtstreifen 40 befindet sich in der in Fig. 3 ausgezogen wiedergegebenen Stellung ganz innerhalb der Nut 41 und kann mit dem in Fig. 3 rechten Ende in die strichpunktiert wiedergegebene Stellung verschwenkt werden. In

der strichpunktierten Stellung liegt der Dichtstreifen 40 mit einer Art Dichtlippe 42 an seinem in Fig. 3 rechten Ende am Innenumfang 6 des schon gebohrten Tunnelabschnitts 1 an und verschließt dort den Druckraum 7.
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Der Dichtstreifen 40 kann um eine entsprechende Lagerung an seinem gemäß Fig. 3 linken Ende 45 verschwenkt werden oder aber aus einem elastomeren Material bestehen und sich unter Verformung in die strichpunktiert wiedergegebene Anlagestellung begeben.

"Unter" dem rechten Bereich des Dichtstreifens 40 ist ein aufblasbarer Schlauch 43 vorgesehen, der sich auf dem Grund der Nut 41 abstützt und über eine Zuleitung 44 mit einem Druckmedium versehen und aufgeblasen werden kann, um die Verschwenkung des Dichtstreifens 40 zu bewirken.

Die an dem Dichtstreifen 40 gebildete Dichtlippe 42, d.h. ein sich schneidenartig verjüngender Bereich, liegt unter einem Winkel am Innenumfang 6 des schon gebohrten Tunnelabschnitts 1 an. Der Winkel &agr; zwischen der Mittellinie des Querschnitts der Dichtlippe 42 in einer durch die Achse A gehenden Ebene und dem Innenumfang 6 beträgt 30° bis 60°, in dem Ausführungsbeispiel etwa 45°, wobei die Dichtlippe 42 entgegen der Vortriebsrichtung gerichtet ist. Dadurch wird bei der Vorverlagerung der Schildanordnung 20 der Dichtstreifen 40 gezogen und kann sich nicht am Innenumfang 6 des schon gebohrten Tunnelabschnitts 1 verhaken. Außerdem wirkt der in dem Druckraum 7 aufgebaute Druck bei einer solchen Ausbildung auf eine Verstärkung der Anlage und damit der Abdichtung.

Claims

1. Tunnelbohrmaschine (100)
mit einem Maschinenkörper,
mit einem an dem Maschinenkörper um eine im wesentlichen in der Tunnelachse gelegene Achse (A) drehbaren Bohrkopf (10), dessen Arbeitsquerschnitt dem Tunnelprofil entspricht,
mit Mitteln zum Andrücken des Bohrkopfs (10) in Vortriebsrichtung gegen die Ortsbrust (3)
und mit einer sich vom Bohrkopf (10) entgegen der Vortriebsrichtung nach rückwärts erstreckenden, zylindrischen, eine geschlossene Wandung aufweisenden Schildanordnung (20) zum Abstützen des Maschinenkörpers am Innenumfang (6) des bereits gebohrten Tunnelabschnitts (1),
dadurch gekennzeichnet,
daß an der Schildanordnung (20) eine Dichtungsanordnung vorgesehen ist, die den Zwischenraum (32) zwischen Außenumfang (22) der Schildanordnung (20) und Innenumfang (6) des bereits gebohrten Tunnelabschnitts (1) unter Bildung eines geschlossenen, mit einer Stützflüssigkeit (33) füllbaren Druckraums (7) abdichtet.

2. Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung zumindest einen länglichen, sich nahe des vorderen Randes der Schildanordnung (20) erstreckenden in Umfangsrichtung verlaufenden Dichtungsabschnitt (25) umfaßt.

3. Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung sich von den Enden eines in Umfangsrichtung verlaufenden, nur über den oberen Bereich des Umfangs sich erstreckenden Dichtungsabschnitt in dem Zwischenraum (32) eine Strecke nach rückwärts sich erstreckende seitliche Dichtungsabschnitte umfaßt.

4. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem rückwärtigen Bereich der Schildanordnung (20) ein rückwärtiger, in Umfangsrichtung verlaufender Dichtungsabschnitt (26) vorgesehen ist.

5. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsabschnitte (25, 26) in Anlage und außer Anlage an dem Innenumfang (6) des bereits gebohrten Tunnelabschnitts (1) bringbar sind.

6. Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsabschnitte (25, 26) einen Dichtstreifen (40) umfassen, der um einen Längsrand (45) aus einer zurückgezogenen in eine Stellung der Anlage des anderen Längsrandes (42) an dem Innenumfang (6) des schon gebohrten Tunnelabschnitts (1) verschwenkbar ist.

7. Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtstreifen (40) aus elastomerem Material besteht und an dem einen Längsrand (45) an der Schildanordnung (20) festgelegt ist.

8. Tunnelbohrmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenseite des Dichtstreifens (40) zwischen diesem und der Schildanordnung (20) ein längs des Dichtungsabschnitts (25, 26) verlaufender aufblasbarer Schlauch (43) zum Verschwenken des Dichtstreifens (40) vorgesehen ist.

9. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsabschnitte (25, 26) in Nuten (41) der Schildanordnung (20) derart angeordnet sind, daß sie in zurückgezogenem Zustand radial innerhalb des Außenumfangs (22) der Schildanordnung (20) gelegen und bei entsprechender Betätigung nach außerhalb des Außenumfangs (22) verlagerbar sind.

10. Tunnelbohrmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtstreifen (40) an seinem freien, gegen den Innenumfang (6) des schon gebohrten Tunnelabschnitts (1) verlagerbaren Rand eine sich schneidenartig nach außen im Querschnitt verjüngende Dichtlippe (42) bildet, die schräg nach außen entgegen der Vortriebsrichtung gerichtet ist und mit dem Innenumfang (6) des schon gebohrten Tunnelabschnitts (1) einen Winkel α von 30 bis 60° bildet.