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DE2431652A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von unterirdischen hohlraeumen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von unterirdischen hohlraeumen

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DE2431652A1
DE2431652A1 DE2431652A DE2431652A DE2431652A1 DE 2431652 A1 DE2431652 A1 DE 2431652A1 DE 2431652 A DE2431652 A DE 2431652A DE 2431652 A DE2431652 A DE 2431652A DE 2431652 A1 DE2431652 A1 DE 2431652A1
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follower ring
knife
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ring
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Siegmund Dipl Ing Babendererde
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Adolf Foik
Hans Juette
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Gewerkschaft Eisenhutte Westfalia GmbH
Original Assignee
Gewerkschaft Eisenhutte Westfalia GmbH
Hochtief AG
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Description

25. Juni 1974 Gw 2494 D-P Li/Pa
Patentanmeldung
der Firmen
Gewerkschaft Eisenhütte Westfalia, 4-628 Altlünen und
Hochtief AG für Hoch- und Tiefbauten, vorm. Gebr. HeIfmann, 6000 Prankfurt 1
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von unterirdischen Hohlräumen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von unterirdischen Hohlräumen wie Tunnels, Strecken oder dgl., wobei auf die von der Abbauvorrichtung freigelegte Tunnelwandung Mittel zur Versiegelung und vorläufigen oder endgültigen Sicherung aufgebracht werden.
Es ist eine in der Tunnelbautechnik bekannte Maßnahme, beispielsweise durch Aufspritzen von Spritzbeton die durch die Gewinnungsvorrichtung gerade freigelegte Tunnelwandung
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zu versiegeln und durch. Aufspritzen einer Tunnelauskleidung zu sichern.
So ist beispielsweise durch die US-Patentschrift 3 733 835 eine Tunnelabbaumaschine bekannt, die im Bereich der Ortsbrust mit einem ringförmigen Schild ausgerüstet ist. An diesen Schild schließen sich eine Mehrzahl nachgeschleppter Stützschilde an, wobei der Spalt, zwischen dem letzten nachgeschleppten Stützschild und der Betonschalung durch Beton gesichert wird. Allerdings ist hierfür die zusätzliche Abstützung der Tunnelwandung durch Se'ile oder dgl. erforderlich.
Aus der US-Patentschrift 3 350 889 ist weiter eine Tunnelmaschine bekannt, bei der ebenfalls ein ringförmiger Vortriebsschild mit einem nachgeschleppten Stützschild zusammenarbeitet, wobei unmittelbar hinter dem Schildschwanz des nachgeschleppten Stützschildes der Beton eingebracht wird. Der Vorteil dieser bekannten Lösung liegt bereits in der sofortigen Einbringung der bleibenden Betonsicherung ohne Freilegung jeglicher Mantelfläche, wobei das innere Druckgefüge des umgebenden Erdreichs erhalten bleibt, was von beträchtlicher Bedeutung im Tunnelbau ist.
Diese Vorrichtung baut - wie die Vorrichtung nach der vor- genannten US-Patentschrift 3 733 835 - sehr lang und aufwendig, insbesondere weil nach der letztgenannten Vorrichtung sofort die volle Betonauskleidung, d. h. die Betonauskleidung in der erforderlichen, endgültigen Stärke eingebracht werden muß. Dies erfordert entsprechende Schalungsmaßnahmen.
Es ist ferner durch die deutsche Auslegeschrift 1 53^ 670
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bekannt, eine Messerschild / Vortriebskonstruktion zu verwenden, bei der die Messerbohlen des Messerschildes den Vortriebsschild in seiner gesamten Länge übergreifen. Der bekannte Vortriebsschild stützt sich dabei an einer fertigen Tunnelauskleidung ab.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu finden, bei der zur Abstützung der erforderlichen Vortriebskräfte grundsätzlich auf eine Abstützung an der bereits verbauten Tunnelröhre verzichtet werden kann.
Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, sicherzustellen, daß die freigelegte Fläche der Tunnelwandung unmittelbar nach der Freilegung in ausreichender Weise versiegelt und gesichert wird.
Darüberhinaus soll das Gebirge bis zur Freilegung der Tunnelwandung dauernd gestützt sein, um Auflockerungen zu vermeiden.
Diene Forderungen sollen bei einer Vorrichtung erfüllt sein, die sehr kurz baut und damit die Möglichkeit der Gebirgsauflockerung gering hält, nicht nur im Hinblick auf einen eventuellen Kurvenverlauf sehr anpassungsfähig, sondern auch wirtschaftlich erstellbar ist. Schließlich soll mit der erfindungsgemäßen Lösung eine Vorrichtung geschaffen werden, mit deren Hilfe die Sicherung der Tunnelwandung unabhängig vom Vortrieb der Gewinnungseinrichtung vollzogen werden kann«
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung dadurch, daß der Tunnelquerschnitt im Messervortriebsverfahren aufgefahren und beim Nachholen des Stützrahmens ein mit diesem zu einer
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Baueinheit oder abstandsveränderlich verbundener Nachlaufring nachgeholt wird, wobei während des Nachholens im Be-. reich der vom Nachlaufring freigegebenen Tunnelwandung Mittel zur Versiegelung und vorläufigen oder endgültigen Sicherung aufgebracht werden.
Die Erfindung macht sich damit zunächst einmal die Vorteile eines besonderen Messervortriebsverfahrens zunutze, nämlich eines Verfahrens, bei dem die einzelnen Messer in das Erdreich vorgetrieben werden, wobei sie sich an den verbleibenden Messern abstützen.-Die auf die einzelnen Messer zu übertragenen Vorschubkräfte werden über einen Stützrahmen auf alle anderen Messer abgesetzt.
Nach Vortrieb aller Messer wird der Stützrahmen insgesamt nachgeholt.
Bei diesem Vortriebsverfahren ist keine Abstützung der Vortriebskräfte an irgendwelchen rückwärtigen Bauteilen, z. B. der fertig erstellten Tunnelwand, erforderlich.
Unter Ausnutzung dieses Verfahrens schlägt die Erfindung vor, den Stützrahmen mit einem Nachlaufring zu verbinden. Beim Nachholen des Stützrahmens und damit des Nachlaufringes wird über den gesamten Ausbruchsquerschnitt gleichmäßig eine Ringfläche frei, die unmittelbar hinter dem Ende des Nachlaufringes gesichert werden kann.
Es ergibt sich somit der Vorteil, daß das Vortriebsverfahren unabhängig vom Nachholen des Nachlaufringes und damit vom Spritzvorgang erfolgen kann. In besonderer Ausgestaltung der Erfindung kann der Nachlaufring abstandsveränderlich mit dem Stützrahmen verbunden sein, so daß die Vortriebs-
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messer mit dem Stützrahmen mehrere Arbeitsspiele durchlaufen können und im Anschluß daran der Nachlaufring über die diesen Arbeitsspielen entsprechende Weglänge auf einmal nachgeholt und die freigelegte Tunnelwandung gesichert werden kann.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung wird in der einfachen und kurz bauenden Vorrichtung gesehen, die eine weitgehende Unabhängigkeit von Vortrieb und von den Sicherungsarbeiten (Spritzbeton) gewährleistet. Tatsächlich unterstützen die Vortriebsmesser bzw. der diesen Vortriebsmesser nachlaufende Nachlaufring die Tunnelwandung vollständig vom Augenblick des Abbaus bis zum Augenblick des Aufbringens des Sicherungsmittels, beispielsweise des Spritzbetons. Dadurch hat das Gebirge keine Gelegenheit, sich zwischenzeitlich aufzulockern.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kennzeichnet sich nun insbesondere dadurch, daß als Abbauvorrichtung ein Messervortriebsschild dient, dessen die Vortriebsmesser tragender Stützrahmen an seinem rückwärtigen Ende einen im Durchmesser etwa dem Ausbruchsquerschnitt entsprechenden Nachlaufring bildet oder mit diesem abstandsverändjerlich verbunden ist, wobei zwischen der Außenwandung des Nachlaufringes und der Tunnelwandung rückwärtige, zungenartige Verlängerungen der Vortriebsmesser von solcher Länge angeordnet sind, daß sie sich in jeder Arbeitsstellung zwischen Vortriebsmesser einerseits und Stützrahmen und / oder Nachlaufring andererseits mit dem Nachlaufring überdecken.
ßeim Vortr ben der einzelnen Vortriebsmesser entsteht so zwischen der Außenwandung des Nachlaufringes und der Tunnelwandung nur ein Spalt, der der Dicke der zungenartigen Ver-
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längerung des Vortriebsmessers entspricht. Dieser Spalt ist für das Auflockern des Gebirges ohne Bedeutung.
Im einzelnen ist die Erfindung vorteilhaft dadurch verwirklicht, daß sowohl zwischen den Vortriebsmessern und dem Stützrahmen als auch zwischen dem Stützrahmen und dem Nachlaufring hydraulische Schubkolbengetriebe vorgesehen sind. Hierdurch wird wie vorerwähnt das mehrfache Arbeitsspiel der Messervortriebseinrichtung ermöglicht, bevor der Nachlaufring nachgeholt wird.
Wenn - wie vorbeschrieben - zwischen dem Stützrahmen und dem Nachlaufring eine Relativbewegung der beiden Teile zueinander ermöglichende Schubkolbengetriebe vorgesehen sind, schlägt die Erfindung weiter vor, daß der Nachlaufring über die Länge seines Umfanges in mehrere, gegenüber dem Stützrahmen einzeln abstandsveränderliche Abschnitte unterteilt ist. Bei schwierigen Gebirgsverhältnissen kann auf diese Weise zunächst der untere Teil des Nachlaufringes nachgeholt werden, um die Spritzbetonschale von der Sohle aus aufzubauen, bevor der obere Teil nachgezogen wird, um die Firste zu sichern.
Im einzelnen kann die Erfindung weiter dadurch verwirklicht werden, daß die zungenartigen rückwärtigen Verlängerungen der Vortriebsmesser in Schlitzen des Nachlaufringes geführt sind.
Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung, die im Tunnelbau bei der Hereingewinnung von Tunnelquerschnitten größeren Durchmessers zum Einsatz gelangt, sind zusätzliche Abbaugeräte für die Hereingewinnung der Ortsbrust erforderlich. Dementsprechend kennzeichnet sich die Erfindung
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weiter durch eine an den Stützrahmen angeschlossene und von diesem getragene, etwa auf halber Höhe des Stützrahmens horizontal angeordnete Arbeitsbühne, die in ihrem rückwärtigen Bereich Vorrichtungen zur Lagerung einer um die Längsachse der Abbauvorrichtung drehenden Spritzeinrichtung zur Versiegelung und vorläufigen oder endgültigen Sicherung der Tunnelwandung, vorzugsweise durch Spritzbeton, aufweist. Hierdurch ist es möglich, durch entsprechende Steuerung den Spritzbeton so auf die Tunnelwandung aufzubringen, daß das Aufspritzen unmittelbar nach Freilegen der Fläche durch den Nachlaufring erfolgt.
Die.Arbeitsbühne dient weiter der Führung und Halterung wenigstens einer die Ortsbrust hereingewinnenden Gewinnungseinrichtung mit einer nachgeschalteten Fördereinrichtung.· Dabei kann es in Ausgestaltung der Erfindung - insbesondere bei großen Durchmessern - von Vorteil sein, daß sowohl oberhalb der Arbeitsbühne als auch unterhalb der Arbeitsbühne an der Arbeitsbühne oder an Anbauteilen derselben horizontal und in Abbaurichtung verschieblich, in einem Drehstuhl gelagerte Gewinnungseinrichtungen mit nachgeschalteten Fördereinrichtungen vorgesehen sind- Die_ Gewinnungseinrichtungen sind vorteilhaft - gegebenenfalls mit den zugeordneten Fördermitteln - über hydraulische Schubkolbengetriebe in Eichtung auf die Ortsbrust sowie in horizontaler Richtung gegenüber der Arbeitsbühne verschiebbar. Durch die zusätzliche Verlagerung an einem um eine senkrechte Achse drehenden Drehstuhl kann von der Gewinnungseinrichtung jeder Teil der Ortsbrust bestrichen werden*
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht der Abbauvorrichtung, teilweise im Schnitt;
Fig. 2 eine Ansicht nach Fig. 1 von der Ortsbrust gesehen.
Die Abbauvorrichtung 1 arbeitet nach einem besonderen Messervortriebsverfahren, bei dem die einzelnen Vortriebsmesser 7 üb~er Schubkolbengetriebe 10 in das nicht näher dargestellte, links in der Bildebene befindliche Erdreich vorgetrieben werden. Das Schubkolbengetriebe 10 stützt sich einerseits am Vortriebsmesser 7 ab, andererseits an einem Stützrahmen 4, der mit den übrigen, augenblicklich nicht vorgetriebenen Messern verbunden ist. Die Vortriebsmesser 7 können einzeln oder zu mehreren gleichzeitig vorgetrieben werden. In der dargestellten Situation ist das Vortriebsmesser 7 noch nicht vorgetrieben; es ruht mit einer rückwärtigen zungenartigen Verlängerung 9 auf der Außenwandung d-es Nachlaufringes und ist somit zwischen dem Nachlaufring 5 und der Tunnelwandung 2 angeordnet. Wenn das Vortriebsmesser in der Bildebene ganz nach links verfahren ist, was nicht dargestellt ist, ist die zungenartige Verlängerung 9 zwar ebenfalls nach links gewandert; sie ruht aber nach wie vor noch auf der Außenwandung des Nachlaufringes 5·
Beim Nachholen des Stützrahmens 4, der gemeinsam mit den Vortriebsmessern 7 den eigentlichen Messervortriebsschild
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bildet, wird in der dargestellten Ausführungsform auch der Nachlaufring 5 nachgeholt. Die dabei freigelegte Tunnelwandiing 2 wird mit Mitteln 3 - in diesem Fall mit Spritzbeton 14 - sofort gesichert.
Es ist erkennbar, daß im Augenblick der Hereingewinnung der Ortsbrust durch die Walzen 21 der Gewinnungseinrichtungen 15 und 16 die Tunnelwandung bereits durch den Vortrieb der Vortriebsmesser 7 unterstützt war. Diese Unterstützung bleibt erhalten bis zum Nachholen des Nachlaufringes 5 und setzt sich dann fort durch die Versiegelung und vorläufige oder endgültige Sicherung des Gebirges. Das ,Gebirge kann sich deshalb nicht auflockern.
In der Zeichnung ist nicht dargestellt, daß zwischen dem rückwärtigen Ende 8 des Stützrahmens 4 und dem Nachlaufring 5 hydraulische Schubkolbengetriebe angeordnet sein können, die den hydraulischen Schubkolbengetrieben 10 entsprechend ausgebildet sind und zusätzliche Arbeitsspiele des Messervortriebsschildes 6 zulassen, bevor der Nachlaufring 5 - gegebenenfalls über die mehrfache- Länge eines Arbeitsspieles - nachgeholt wird.
Etwa auf halber Höhe des Stützrahmens 4 ist eine Arbeitsbühne 11 angeordnet. Sie trägt in ifasm rückwärtigen Bereich nicht näher dargestellte Vorrichtungen zur Lagerung einer um die Längsachse 12 der Abbauvorrichtung 1 drehenden Spritζeinrichtung 13, die beispielsweise um einen Spritzring 22 laufen kann. Die Spritζeinrichtung 13 ist mit einer Spritzkanone 23 versehen.
Oberhalb und unterhalb der Arbeitsbühne 11 sind Gewinnungs-
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einrichtungen 15 und 16 dargestellt, die das hereingewonnene Gut auf Fördereinrichtungen 17 und 18 austragen. Die Gewinnungseinrichtungen I5 und 16 sind in Richtung auf die Ortsbrust über hydraulische Schubkolbengetriebe 24 und 25 bewegbar und in horizontaler Richtung gegenüber der Arbeitsbühne 11 über Fahrgestelle 26 und 27 bzw. entsprechende hydraulische Schubkolbengetriebe verfahrbar. Eine zusätzliche Lagerung der Gewinnungseinrichtungen 15 und 16 in zugeordneten Drehstühlen 19 und 20 ermöglicht das Bestreichen der gesamten Ortsbrust.
Es kann auch - was nicht dargestellt ist - für die Hereingewinnung der Ortsbrust nur eine einzige Gewinnungseinrichtung mit zugeordneter Fördereinrichtung vorgesehen sein.
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Claims (1)

  1. 25. Juni 1974 Gw 24-94- - 1/1 - D-P Li/Pa
    Patentansprüche :
    1. Verfahren zur Herstellung von unterirdischen Hohlräumen wie Tunnels, Strecken oder dergleichen, wobei auf die von der Abbauvorrichtung freigelegte Tunnelwandung Mittel zur Versiegelung und vorläufigen oder endgültigen Sicherung aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Tunnelquerschnitt im Messervortriebsverfahren aufgefahren und beim Nachholen des Stützrahmens (4) ein mit diesem zu einer Baueinheit oder abstandsveränderlich
    . verbundener Nachlaufring (5) nachgeholt wird, wobei während des Nachholens im Bereich der vom Nachlaufring freigegebenen Tunnelwandung (2) Mittel (3) zur Versiegelung und vorläufigen oder endgültigen Sicherung der Tunnelwandung aufgebracht werden.
    2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Abbauvorrichtung (1) ein Messervortriebsschild (6) dient, dessen die Vortriebsmesser (7) tragender Stützrahmen (4) an seinem rückwärtigen Ende (8) einen im Durchmesser etwa dem Ausbruchsquerschnitt entsprechenden Nachlaufring
    (5) bildet oder mit diesem abstandsveränderlich verbunden ist, wobei zwischen der Außenwandung des Nachiaufringes und der Tunnelwandung (2) rückwärtige, zungenartige Verlängerungen (9) der Vortriebsmesser von solcher Länge angeordnet sind, daß sie sich in jeder Arbeitsstellung zwischen Vortriebsmesser einerseits und Stützrahmen und / oder Nachlaufring andererseits mit dem Nachlaufring überdecken.
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    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß sowohl zwischen den Vortriebsmessern (7) und dem Stützrahmen (4) als auch zwischen dem Stützrahmen und dem Nachlaufring (5) hydraulische Schubkolbengetriebe (1O) vorgesehen sind.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und / oder einem oder mehreren der vorhergehenden, wobei zwischen dem Stützrahmen und dem Nachlaufring eine Relativbewegung der beiden Teile zueinander ermöglichende Schubkolbengetriebe vorgesehen sind, dadurch gekenn-
    -zeichnet , daß der Nachlaufring (5) über die Länge seines Umfanges in mehrere, gegenüber dem Stützrahmen (4) einzeln abstandsveränderliche Abschnitte unterteilt ist.
    5- Vorrichtung nach Anspruch 1 und / oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet, daß die zungenartigen rückwärtigen Verlängerungen (9) der Vortriebsmesser (7) in Schlitzen des Nachlaufringes (5) geführt sind.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und / oder einem oder mehreren der vorhergehenden, gekennzeichnet durch eine an den Stützrahmen (4) angeschlossene und von diesem getragene, etwa auf halber Höhe des Stützrahmens horizontal angeordnete Arbeitsbühne (11), die in ihrem rückwärtigen Bereich Vorrichtungen zur Lagerung einer um die Längsachse (12) der Abbauvorrichtung (1) drehenden Spritζeinrichtung (13) zur Versiegelung und vorläufigen oder endgültigen Sicherung der Tunnelwandung (2), vorzugsweise durch Spritzbeton (14) aufweist·
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    25. Juni 1974-Gw 24-94-D-P Li/Pa
    O / Q 1 C R 7· Vorrichtung nach Anspruch 1 und / oder einem öfter mehreren der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet , daß die Arbeitsbühne (11) der Führung und Halterung wenigstens einer die Ortsbr ^t hereingewinnenden Gewinnungseinrichtung (15) (16) mit nachgeschalteter Fördereinrichtung (17» 18) dient.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 1 und / oder einem oder mehreren der vorhergehenden, dadurch gekennzeichnet , daß sowohl oberhalb der Arbeitsbühne (11) als auch unterhalb der Arbeitsbühne an der Arbeitsbühne oder Anbauteilen dersel-.. ben horizontal und in Abbaurichtung verschieblich, in einem Drehstuhl (19» 20) gelagerte Gewinnungseinrichtungen (15» 16) mit nachgeschalteten Fördereinrichtungen (17, 18) vorgesehen sind.
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    Leerseite
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