DE68760C - Verfahren und Vorrichtungen zum Tunnelbau in nicht felsigem Boden unter gleichzeitiger Herstellung einer bleibenden, den Gebirgsdruck aufnehmenden Beton-Auskleidung - Google Patents

Description

KAISERLICHES PATENTAMT

KLASSE S: Bergbau.

Die in leicht gebundenem Sande oder in Schotter auszuführenden Tunnelarbeiten sind wegen des bergmännischen Einbaues der Tunnelröhre äufserst schwierig und nur mit grofsem Kostenaufwande herzustellen. Ist überdies der zu durchsetzende Boden stark mit "Wasser durchzogen, so wachsen die Schwierigkeiten noch in bedeutendem Mafse. Bei den gebräuchlichen Arbeitsverfahren sind in sandigem und schottrigem Boden Verbrüche und Nachsetzungen der Oberfläche oft kaum zu vermeiden, so dafs einem unter Baulichkeiten oder Kanälen durchzuführenden Tunnelbau häufig derart erhebliche technische Schwierigkeiten entgegenstehen, dafs in manchen Fällen angesichts der obwaltenden Gefahren und der unverhaltnifsmäfsig grofsen aufzuwendenden Kosten von dem Baue.abgestanden wird.

Durch das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Verfahren werden die erwähnten Gefahren beseitigt und nach Angabe des Erfinders ein weit billigerer und rascherer Tunnelbau in sandigem, schottrigen und schwimmenden Boden ermöglicht, als er mit den bis jetzt angewendeten Mitteln zu erreichen ist.

Das Wesen des neuen Verfahrens läfst sich damit kennzeichnen, dafs im Mafse des maschinell geleisteten Vortriebes der Tunnelro'hre ein aus Eisen und Holz oder ganz aus Eisen construirtef Mantel nachrückt, zwischen welchem und dem Gebirge eine die. künftige Ausmauerung bildende Betonschicht eingeführt und mechanisch verdichtet wird, welche durch hinter dem vorrückenden Mantel einzulegende, eiserne Ringe eine versteifende Ausfütterung erhält, die nach vollständiger Erhärtung des Betonringes entfernt wird.

Auf beiliegender Zeichnung sind die zur Ausführung dieses Verfahrens dienenden Vor-' richtungen schematisch dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. ι den Längenschnitt eines Tunneltheiles in schwimmendem Gebirge,

Fig. 2 das rotirende Ausschachtungskreuz,

Fig. 3 Querschnitt und Theilansicht eines Armes desselben in gröfserem Mafsstabe und die

Fig. 4 einen Theil des Mantels mit den Gleitwalzen.

Eine vollständige Arbeitsanlage zur Durchführung des neuartigen Verfahrens besteht aus den Ausschachtvorrichtungen, dem nachrückenden, fast auf der ganzen Länge ringsum mit Walzen versehenen Mantel, den Mitteln zur Abfuhr des ausgeschachteten Materiales, den Anordnungen zur Einbringung des Betons in den nach und nach entstehenden Hohlraum zwischen dem Gebirge und dem Mantel, den Mitteln zur Verdichtung dieses Betons, den Mitteln zur Vor- und Rückwärtsbewegung des Mantels in der Richtung der Tunnelachse, dem Motor zur Ausschachtung und im gegebenen Falle den Einrichtungen zum Betriebe vermittelst Druckluft.

Der verschiebliche Mantel M besitzt bis zu der an seinem Vorderende angeordneten Betonstampfvorrichtung J die Gestalt einer Röhre von der Weite und der Form des zukünftigen

freien Tunnelquerschnittes und von einer Länge, welche in Hinblick auf das je nach der Bodenbeschaffenheit zu gewärtigende Mafs des Arbeits-. vorschrittes mindestens genügt, dafs der an der Vorderseite des Mantels eingebrachte Beton bis zum Vorrücken des Mantelendes an diese Stelle genügend erhärtet ist, um sich während der Zeit des Einbaues der provisorischen Ausfütteruiigsringe· auf eine gewisse Länge frei zu tragen. Die Manlehvandung mufs genügende Stärke besitzen, um mit Sicherheit dem Druck des Gebirges widerstehen zu können, und besteht, falls sie bei kleinem Querschnitte und leichtem Drucke nicht aus Eisen und Holz construirt ist, vortheilhaft aus durch innere Ringe m versteiften, in der Achsenrichtung liegenden Winkeleisen, T-Eisen, oder für grofse Lichtprofile oder sehr starken Druck aus einer entsprechend widerstandsfähigen Verbindung von Eisenplatten und Trägern.

Die in der Mittellinie des Mantels M gelagerte und von einem Motor irgend welcher Art — am besten elektromotorisch —· in Drehung versetzte Arbeitswelle A bohrt sich in der Richtung der Tunnelachse in das Gebirge ein, wobei die an ihr befestigten Arme α mit den von ihnen getragenen pflugscharartig oder wie in Fig. 3 angedeutet geformten Arbeits.werkzeugen s vorrücken und das Material vor Ort im Profile des unausgemauerten Tunnelprofiles ausschachten.

Die Arme α der Ausschachtvorrichtung be- ■ stehen vorteilhaft aus T-Eisen (Fig. 3), an deren Steg die wirkenden Werkzeuge s befestigt sind. Die Flantschen der T-Eisen werden mit Schraubenlöchern versehen, so dafs bei Arbeiten in schwimmendem Gebirge, bei denen des Wasserandranges und der zu befürchtenden Verbrüche wegen eine Schutzwand vor Ort nothwendig erscheint, ein Eisenblechschild F an ihnen rasch befestigt werden kann.

Wie Fig. 2 zeigt, können die Arme α noch durch Diagonalstreben a' versteift werden; an diesen können wie an den Armen α und an dem Ringe des Ausschachtkreuzes auswechselbare Werkzeuge s befestigt sein.

Der leichteren . Anbringbarkeit des Schutzschildes F wegen, stellt man die Arme a von für schwimmendes Gebirge bestimmten Ausschachtmaschinen senkrecht zur Arbeitswelle A, Fig. i. .: .

Sonst empfiehlt es sich, sie derart anzuordnen, dafs sie gegen die Welle A mehr oder weniger geneigt werden können. Hierdurch ist die Möglichkeit geboten, das auszuschachtende Profil zu vergröfsern oder zu verkleinern und auf diese Weise je nach den örtlich wechselnden Druckverhaltnissen die Stärke der Ausmauerungs-Betonschicht wechseln zu lassen..

Soll das Profil nicht kreisrund, sondern elliptisch oder eiförmig werden, so müssen entsprechende Excenterführungen für die Arme a vorgesehen sein, durch welche ihre freien Enden, dem beabsichtigten Profilumrii's entsprechend, von der Arbeitswelle bei ihrer Umdrehung entfernt bezw.' derselben wieder genähert werden. Auch mufs dann der Mantel M statt des kreistonnenförmigen einen dem künftigen Tunnelprofil entsprechenden Querschnitt erhalten.

Dem im Gebirge vorrückenden Ausschachter rückt der Mantel M unter der Einwirkung von Schrauben oder hydraulischem oder Prefsluft-' druck nach. Der Vorschub des Mantels wird durch die an seinem Umfange angebrachten Walzen yv erleichtert. Diese lagern passend mit ihren Zapfen in den Stegen von auf dem Mantelumfange befestigten Winkeleisen w^x.

In Fig. ι sind Vorschubvorrichtungen so-/ wohl für Schraubenbetrieb als für Betrieb mit Prefsluft schematisch angedeutet.

Im ersteren Falle trägt die in den fertigen Tunnel hinausragende Welle A eine Schraube r, welche in der gleichzeitig als Mutter dienenden Hülse t gelagert ist. Letztere ist vermittelst Schrauben sowohl in der' Höhen- als in der Breitenrichtung verstellbar, so dafs durch passende Einstellung der Lagerhülse t sowohl Neigungs- als Richtungsverhältnisse des auszuschachtenden Tunnels bestimmt werden können.. Die Lagerhülse t wird in der fertigen Tunnelröhre durch an den Stegen des provisorischen Tunneleinbaues abgestützte Arme t^l festgehalten, mit welchen sie nach .stattgefundener Vorschraubung der Welle A um ein' bestimmtes Mafs immer wieder dem vorgerückten Mantel M nachgerückt und nach vorwärts überstellt wird.

Die im Mantel befindlichen Lager derWeIIeA, deren eines die Nabe der mit dem Mantel fest verbundenen Abschlufsscheibe P und deren zweites in Fig. 1 vom Kreuze I der Betonstampfvorrichtung getragen wird, werden beim Vorschrauben der Welle A von den auf dieser befestigten Scheiben ti u¹ vorwärts gedrückt, wodurch sowohl der Mantel als auch die Arbeitsmaschine in gleichem Verhältnisse vorschreiten. . . .

Wird der' Mantel M durch Prefsluft- oder hydraulischen Druck vorbewegt, welche in Rohren ρ gegen den Umfang der Abschlufsscheibe gedrückt wird, so werden Ric.htungs- und Neigungsverhältnisse der Tunnelröhre dadurch regulirt, dafs man entweder überall gleich grofse oder örtlich verschieden grofse Kräfte auf den Umfang der Abschlufsscheibe P wirken läfst. Hierzu können in den Rohren ρ angeordnete, ungleich belastete Ventile dienen.

Im Falle der Anwendung von Prefsluft- oder hydraulischem Druck wird die Welle A durch den vorrückenden Mantel in der Weise nach* vorwärts getrieben, dafs die vorgeprefste Abschlufsscheibe P die Welle mit nach vorwärts prefst. Die für Schraubenbewegung nöthigen

vorangeführten Anordnungen r t t^l werden dann natürlich aufser Gebrauch gesetzt.

Wie- aus Fig. i- entnommen werden kann, erscheint der äufsere Umfang der Tunnelröhre während der Ausschachtung gegen Verbruch bis vor Ort geschützt. Sollten jedoch auch vor Ort Verbrüche zu befürchten sein, so wird die Schutzwand F an den Armen α befestigt. Diese besitzt die Form einer Ringscheibe mit einer von der Welle A durchsetzten Oeffnung, durch welche das von der Ausschachtungsmaschine gelöste Material in den Innenraum des Mantels herausrollt bczw. bei schwimmendem Gebirge herausfliefst, während das ganze übrige Profil gegen Verbruch geschützt bleibt. Das in den Einbaumantcl M durch die OelT-nung ο gelangende Material wird vermittelst Schläuche oder Paternosterwerke in den fertigen Tunnel geleitet und von dort mittelst Hülfsbahnen ins Freie gefördert.

Nach Mafsgabe des Ausschachtungsfortschrittesund des stets gleichen Schritt mit diesem haltenden Nachrückens des Einbaumantels M wird durch das Rohr L, in welchem sich ein Kolben befindet, auf den Prefsluft- oder hydraulischer Druck wirkt, Beton eingeprefst. Dieser gelangt in die vorn rings um den Mantel gelegte Röhre K, um in den ringförmigen Hohlraum zwischen Gebirge und äufserem Mantelumfang eingeprefst zu werden und den bleibenden Einbau — die Ausmauerung —des Tunnels zu' bilden.

Zur Verdichtung des derart eingeprefsten Betons dient eine am Mantelende vor Ort angeordnete Vorrichtung, welche im Wesen aus einer ringförmigen, den Beton stampfenden Scheibe besteht.

Wie ersichtlich, ist am Mantelende vor Ort ein ringförmiger Kasten J angeordnet, dessen. Innenumfang den äufseren Umfang des Mantels M um die Stärke der Walzen w übertrifft. In diesem aufsen ebenfalls mit Walzen ausgestatteten Kasten ist der eiserne Stampfring i unter dem Einflüsse wechselnd angezogener und losgelassener, über geeignet angeordnete Leitrollen laufender Drahtseile i¹ und starker Federn i² vor- und rückwärts beweglich. Die in Entfernungen von etwa 60 bis 90 cm am Stampfringe i befestigten Drahtseile sind aufserhalb des Einbaumantels wieder über Laufrollen geleitet und dann zu einem einzigen Seile vereinigt, dessen wechselndesAnziehcn und schnelles Nachlassen ein wechselndes Anheben des Stampfringes von dem eingeprefsten. Beton und ein kräftiges Aufprallen auf denselben zur Folge hat. Diese Seilbewegung kann auf verschiedene bekannte Weisen hervorgebracht werden.

Durch den gewissermafsen als waagrechte Ramme wirkenden Stampfring i wird demnach der Beton verdichtet und dergestalt die feste Ausmauerung des Tunnels gleich vor Ort hergestellt.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist der Rohrkasten/ nach innen aufgeschlitzt, so dafs die etwa von der Stampfscheibe i beim Abziehen derselben vom Beton mitgerissenen Betontheilchen durch die Oeffnungen i³ in den Innenraum des Einbaumantels fallen, um mit dem ausgeschachteten Material hinausgefördert zu werden.

Damit der erhärtende Beton sich nicht zwischen die Walzen w einlege und ihre Drehung verhindere, ist der Mantel M nicht nur einer vorrückenden, sondern auch einer geringen, zurückgcrichtctcn Bewegung fähig. Bei Anwendung von Prefsluft zu seiner Nach- oder Zurückrückung wird dies durch Druckwechsel vermittelnde Ventile in den Leitungen ρ und durch die Scheiben P und /, Fig. 1, erreicht, so dafs dem Mantel während der Zeit, in welcher der Beton innere Bindung gewinnt, erforderlichenfalls eine wechselnde, vor- und rückwärts gerichtete Bewegung ertheilt werden kann, welche so lange andauern mufs, bis der genügend erhärtete Beton durch die vor- und rückrollenden Walzen w eine bleibend glatte Laibungsfläche erhalten hat. .

Bei Anwendung der Schraube r behufs Vortrieb des Mantels geschieht die Rückwärtsbewegung desselben durch die in der umgekehrten Richtung anzuordnende Drehung der Welle A.

Der knapp vor Ort noch weiche Beton ist am Mantelbeginn, um die Abschlufsscheibe P herum, bereits'genug erhärtet, um bei Vorschiebung des Mantels M auf geringe Breite, etwa 10 bis 30 cm, dem Drucke des Gebirges so lange selbstständig Widerstand leisten zu können, bis durch schnell einzufügende Ringe die innere Laibung eine Ausfütterung von T-Eisen, I-Eisen oder U-Eisen von der durch die Verschiebung des Mantels freigelegten Breite erhalten hat. Behufs . schnellerer Einfügbarkeit dieser Ringe bestehen dieselben aus mehreren der Tunnellaibung entsprechend gekrümmten Theilen, welche an ihren Stöfsen durch Laschen und Bolzen mit einander fest vereinigt werden.'

Die derart hinter dem vorrückenden Einbaumantel M nach und nach hergestellte Ausfütterung dient zur vorübergehenden Versteifung der wasserdichten Betonausmauerung und wird nach Mafsgabe der vollständigen Erhärtung des Betons wieder abgenommen, um wieder verwendet zu werden.

Für den Fall, dafs wegen gröfseren Wasserandranges Prefsluft eingeleitet werden müfste, lassen sich die Prefsluftkammern, insoweit sie nicht im Einbaumantel M selbst befindlich sind, durch mit Mannlöchern-versehene' Blechwände, welche an den Stegen der Ausfütterungsringe

in der fertigen, wasser- und luftdichten Tunnelröhre befestigt werden, als Vorkammern jedem möglichen Bedarfe entsprechend leicht herstellen. Diese Wände werden im Mafse des Baufortschrittes immer wieder nach vorwärts überstellt, so dafs die Prefsluftvorkammern den Einbaumantel stets nachrücken.

Wie aus dem Vorhergehenden ersichtlich, ist bei Benutzung des beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von Tunneln in lehmigem, sandigen, schottrigen und schwimmenden Boden die Gefahr von Verbrüchen oder Senkungen möglichst ausgeschlossen. Durch die vollständige Ersparung des provisorischen Holzeinbaues und durch die ermöglichte Anwendung von Maschinen zum Betriebe wird sich die Arbeit auch rascher und wohlfeiler herstellen lassen, als es mit den bisher angewendeten Mitteln möglich gewesen wäre.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zum Tunnelbau in nicht felsigem Boden unter gleichzeitiger Herstellung einer bleibenden, den Gebirgsdruck aufnehmenden Betonauskleidung, gekennzeichnet durch das vor Ort ■ stattfindende Einpressen von nachträglich mechanisch zu verdichtendem Beton in den Hohlraum zwischen dem ausgeschachteten Tunnelprofil und dem Umfang eines tonncnförmigen, als Bogengerüst dienenden Mantels von um die Auskleidungsstärke allenthalben geringerem Profil als die Ausschachtung, welcher Mantel die Betonmasse vorübergehend abstützt und im Mafse ihrer Erhärtung mit den Ausschachtungs-, den Betonzuführungs- und den Betonverdichtungsvorrichtungen vorgerückt wird.

2. Als Mittel zur Ausführung des unter i. gekennzeichneten Verfahrens:

a) · ein durch Druck in der Richtung der Tunnelachse verschiebbarer Einbaumantel M, dessen ä'ufserer Umfang . mit Kränzen von Walzen f zum Zwecke der Erleichterung des Vorschubes versehen ist, und welcher die Arbeitsmaschine, die Betonzuleitung und die Betoneinstampfungsvorrichtung enthält; :

b) eine Ausschachtungsvorrichtung, bestehend aus Armen a, an denen die Arbeitsschaufeln ä auswechselbar befestigt sind, welche Arme an einer im Mittelpunkte des Einbaumantels M drehbar angeordneten Welle A fest oder verstellbar angeordnet und mit Löchern behufs rascher Befestigung eines die Verbrüche hintanhaltenden Schutzschildes F. versehen sind, das aber auch an dem festen Kreuze des vorderen Lagers befestigt werden kann;

c) ein den Einbaumantel vorn umgebendes, nach aufsen geschlitztes Rohr K, durch welches der in der Zuleitung L eingeprefste Beton in den Hohlraum zwischen dem ausgeschachteten Gebirge und dem Einbaumantel hineingelangt, und eine Betonverdichtungsvorrichtung, bestehend aus einem an dem Einbaumantel vor Ort befestigten röhrenförmigen Kasten 7, dessen dem Beton zugekehrte, bewegliche, ringförmige Wand i unter dem Einflüsse abwechselnd angezogener und losgelassener Seile /'"und Federn P die Betonschicht stampft, wodurch die Ausmauerung des Tunnels, sowie.die Wasser- und. Luftdichtheit desselben sofort vor Ort bewerkstelligt wird;

d) die Anordnung des Betoneinstampfkastens in der Weise, dafs die ihn umgebenden Walzenkränze am Ausschachtungsprofile anliegen, so dafs der Betoneinstampfkasten dem möglichen Verbruche der ausgeschachteten Tunnelröhre so lange entgegenwirkt, bis dieselbe bei weiterem Vortriebe des Einbaürnantels M mit Beton verkleidet wird. ; .

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.