DE2527599C2 - Schildvortriebsmaschine zum Auffahren von Tunneln - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schildvortriebsmaschine zum Auffahren von Tunneln nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Vortriebsmaschine, welche zum Vortrieb durch sich selbst abstützendes geologisches Material geeignet ist, ist aus der US-PS 32 03 737 bekannt. Diese Tunnelvertriebsmaschine enthält eine Greiferanordnung mit einer Einrichtung, die seitlich zur Verankerung mit den beiden Seitenwandbereichen des Tunnels ausgefahren werden kann. Dabei erstrecken sich hydraulische Zylinder von der Greiferanordnung nach vorne zu einem Rahmen, welcher einen angetriebenen Schneidkopf aufnimmt. Diese Zylinder üben eine Reaktionskraft nach hinten gegen die Greiferanordnung aus und dienen bei ihrer Ausfahrbewegung dazu, den Rahmen und den von demselben getragenen Schneidkopf im Tunnel nach vorne zu verschieben. Am Ende eines Arbeitshubes wird die Greiferanordnung von der Tunnelwandung zurückgefahren und durch die Zylinder in eine neue Stellung nach vorne gezogen. Die Greiferanordnung wird anschließend seitlich zwecks erneuten Angriffs an der Tunnelwandung ausgefahren, worauf sich dieser Vorgangwiederholt.

Es ist ferner bekannt, mittels einer Schild-Vortriebsmaschine einen Tunnel vorzutreiben, welcher eine kontinuierliche Abstützung erfordert. Ein Beispiel einer Schild-Vortriebsmaschine ist in der US-PS 32 66 257 beschrieben. Eine derartige Maschine weist einen rohrförmigen Körper oder Schild auf, welcher einen sich nach hinten erstreckenden Endabschnitt besitzt. Dabei wird im wesentlichen hinter der Maschine abschnittsweise eine Tunnelauskleidung unter dem Schutz des Endabschnitts errichtet. Der Schild wird während des Tunnelvortriebs mittels einer Anzahl hydraulischer Zylinder nach vorne bewegt, welche sich vom Schild nach hinten erstrecken, um sich gegen den vorderen Teil der Tunnelauskleidung abzustützen.

Die US-PS 35 23 426 zeigt eine Tunnelvortriebsmaschine zum Vortrieb eines Tunnels durch hartes Gestein mit Zonen unterschiedlicher Stabilität Gemäß diesem Patent wird eine Tunnelvortriebsmaschine /.um Ausheben des Materials verwendet, worauf die Maschine zurückgezogen wird. Dabei wird anschließend ein Ring von Tunnelauskleidungssegmenten im Tunnel vor der Maschine installiert, worauf die Maschine um eine zusätzliche Strecke nach vorne bewegt wird. Anschließend wird die Maschine zurückgefahren, und ein weiterer Ringbereich der Tunnelauskieidungssegmente wird eingebaut Dieser Vorgang wiederholt sich, bis die Maschine einen Bereich weichen oder instabilen Materials durchfahren hat

Die US-PS 34 Ii 826 beschreibt ferner eine Tunnelvortriebsmaschine, welche zum Vortrieb sowohl durch sich selbst abstützende Formationen als auch durch solche geeignet ist, welche eine kontinuierliche Auskleidung erfordern. Die Maschine gehört im Grunde zu den Schild-Vortriebsmaschinen und enthält Pressen, welche nach hinten ausgefahren werden können, um sich gegen die Tunnelauskleidung zwecks Bewegung der Maschine nach vorne abzustützen, wenn der Vortrieb durch Erdreich erfolgt, welches eine Auskleidung erfordert Jedoch ist die Maschine auch mit einem Zusatzgerät in Gestalt eines radial erweiterungsfähigen Ringes ausgestattet Wird die Maschine im Vortrieb durch sich selbst abstützendes Erdreich verwendet, so wird der Ring im Tunnel hinter dem Schild installiert Der Ring wird axial erweitert, um die Tunnelwand fest zu erfassen, damit er im Tunnel verankert wird. Anschließend werden die Pressen nach hinten ausgefahren, damit sie sich gegen den verankerten Ring abstützen, um die Maschine im Tunnel relativ zum genannten Ring nach vorne zu bewegen.

Die US-Patentschriften 36 13 379 und 36 13 384 zeigen jeweils aus mehreren Abschnitten aufgebaute Schild-Vortriebsmaschinen. Die einzelnen Abschnitte sind teleskopisch miteinander verbunden und werden jeweils im Tunnel gegenüber den nächsten Abschnitten mittels hydraulischer Pressen bewegt, welche zwischen benachbarten Abschnitten angeordnet sein können. Dabei sind ferner mindestens einige der Abschnitte in radialer Richtung zwecks Erfassung der Tunnelwandung ausfahrbar oder sind mit radial ausfahrbaren Greifern zum Erfassen der Tunnelwandung versehen. Gemäß diesen Patentschriften wird in dem hinter der Maschine liegenden Tunnel eine kontinuierliche Betonauskleidung vorgesehen.

Eine ältere Ausführung einer Schildvortriebsmaschine ist in der US-Patentschrift 12 92 159 beschrieben. Diese Maschine weist einen inneren und einen äußeren Schild auf, welche normalerweise zusammen mittels eines Pressensatzes nach vorne bewegt werden, welcher sich nach hinten gegen das vordere Ende derTunneiauskleidung abstützt. Trifft die Maschine auf hartes Material, so wird der äußere Schild durch die Pressen weiterbewegt. Der innere Schild, welcher durch eiren Antrieb betätigte Schneidelemente trägt, wird anschließend mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit durch zusätzliche Pressen nach vorne bewegt, welche sich nach hinten gegen den äußeren Schild abstützen.

Aus der DE-AS 12 71 744 ist eine Schildvortriebsmaschine bekannt, die zwei hintereinander angeordnete, teleskopartig einander überlappende Schilde, die über Rückzylinder miteinander verbunden sind, aufweist und bei der der rückwärtige Schild durch radiale Andruckeinrichtungen an der Tunnelwand festgelegt werden kann. Diese Maschine ist nur für ein Auffahren in standfestem Gestein geeignet, da die Andruckeinrichtungen nicht ausreichen um die Andruckkräfte für den Schrämkopf aufzunehmen. Die Schilde greifen teleskopartig derart ineinander, daß ein Ausfahren von Kurven und Steigungen nicht möglich ist

Es ist bei Vortriebsmaschinen bekannt zum Lenken eine Rollkorrekturvorrichtung vorzusehen, mit der die Höhen- und/oder Seitenrichtung des Vortriebs einstell- oder korrigierbar ist. Bei der Maschine, die in der US-PS 32 03 737 beschrieben wird, können mittels eines Steuerkastens Teiler der an Tunnel eingespannten Maschine zur Lenkung verschwenkt werden. Die US-PS 34 37 380 beschreibt eine Vortriebsmaschine bei der zur Lenkung die gesamte Anlage um einen Punkt verschwenkt werden kann, der vor dem Auffahrstoß liegt Bei der Vortriebsmaschine nach der US-PS 33 45 108 werden zum Lenken Greiferschuhe gesteuert und die DE-AS 21 47 833 beschreibt eine Rollkorrekturvorrichtung für Tunnelbohrmaschinen mit einem Kugelgelenk zwischen Gestellen die mittels Korrekturkolben gegeneinander zum Lenken verdrehbar sind.

In der Firmendruckschrift der Firma Demag: »Face-Trace Tunneling Machines for Soft Rock« wird eine nur für weiches Gestein geeignete Schildvortriebsmaschine TSSM-S beschrieben, die teleskopische rohrförmige Schiide aufweist, zwischen denen Rückstellkolben wirken. Durch Verwendung von Stützen und Steuerflügeln wird eine begrenzte Lenkung ermöglicht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Schildvortriebsmaschine zu schaffen, mit der bei hohem Wirkungsgrad und hoher Vortriebsgeschwindigkeit sowohl gerade als auch kurvige Tunnelstrecken aufgefahren werden können, und zwar in allen geologischen Formationen, gleichgültig, ob es sich um hartes, standfestes Gestein oder um weiche Bodenformationen handelt, die einen kontinuierlichen Ausbau der Tunnelstrecke erfordern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Sämtliche, bisher bekannt gewordene Vortriebsmaschinen sind demgegenüber nur jeweils für eine einzige Bodenformationsart geeignet und lassen sich nicht, jedenfalls nicht mit ausreichender Leistungsfähigkeit, bsi Erdformationen verschiedener Beschaffenheit einsetzen. Dadurch sind die bekannten Maschinen in der Regel auf den Einsatz in örtlich eng begrenzten Arbeitsgebieten beschränkt. Es ist meist sogar nicht einmal möglich, die gleiche Vortriebsmaschine für das Auffah-

ren eines Tunnels von den beiden Enden her einzusetzen.

Beim Einsatz in für den Tunnelbau günstigen Felsformationen, in denen ein Tunnelausbau nicht notwendig ist, muß naturgemäß eine sehr hohe Andruckkraft aufgebracht werden, damit die Meißel am Tunnelstoß wirksam angreifen können. Die hohe Andruckkraft führt jedoch auch zur Bildung eines entsprechend hohen Arbeitsdrehmomentes am Bohrkopf, durch die eine Drehkraft auf die beiden gegeneinander beweglichen Ausbauschilde wirksam sind, die der Drehrichtung des Bohrkopfes entgegengesetzt ist. Es wird daher hierfür eine dem Drehmoment entgegenwirkende Vorrichtung geschaffen, um die Ausbauschilde in der richtigen Ausrichtung zu halten. Diese Vorrichtung wird durch rückwärtige Greifschuhe gebildet, die den hinteren Ausbauschild drehsicher an der nicht oder noch nicht ausgebauten Tunnelwand lagegerecht festhalten können. Zur Abstützung des vorderen Schildes an dem durch die

Greiferschuhe drehfest gehaltenen rückwärtigen Schild sind tangential wirkende Hydraulikzylinder vorgesehen, so daß diese Zylinder nicht ausschließlich als Rollkorrekturvorrichtung betrachtet werden können, sondern im normalen Arbeitsbetrieb in der Hauptsache die Funktion haben, den vorderen Schild an dem rückwärtigen Schild drehfest abzustützen. Natürlich wird dadurch die Verwendung dieser Zylinder zur Korrektur der Drehlage der Ausbauschilde nicht ausgeschlossen.

Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Schildvortriebsmaschine in hartem, standfestem Gestein können zunächst die Greiferschuhe ausgefahren werden, bis der rückwärtige Schild drehsicher an der Tunnelwand festgelegt ist. Danach können dann die vorderen Rückzylinder ausgefahren werden, um den vorderen Schild nach vorn zu schieben und den (drehenden) Schneidkopf in Andruck an der Tunnelbrust zu halten. Wenn die vorderen Rückzylinder voll ausgefahren sind, können die Greiferschuhe gelöst und die Rückzylinder eingezogen werden, wodurch der rückwärtige Schild nachgezogen wird. Unter diesen Umständen können rückwärtige Hilfszylinder eingezogen sein oder gegebenenfalls auch zur Ausrichtung eines Tunnelausbaus verwendet werden. Die Rückzylinder ermöglichen dabei aber außerdem auch durch unterschiedliche Beaufschlagung mit Druckmittel eine Richtungsänderung des Schneidkopfes zum Auffahren von Tunnelkurven.

Bei der Arbeit in weichen Bodenformationen, die nicht standfest sind, reichen die rückwärtigen Greiferschuhe in Verbindung mit dem sich den Schilden auflegenden Bodenmaterial zwar aus, um diese gegen das (dann wesentlich kleinere) Reaktionsdrehmoment in der vorgesehenen Drehlage festzuhalten, jedoch meist nicht mehr, um auch die in Axialrichtung der Andruckkraft entgegenwirkende Reaktionskraft aufzubringen. Aus diesem Grunde können deshalb für die Arbeit in weichen oder lockeren Bodenformationen zusätzlich auch rückwärtige Druckzylinder vorgesehen sein, die sich an dem Tunnelausbau abstützen können.

Gemäß Anspruch 2 wird eine Betriebsstörung sicher ausgeschaltet.

Die Gegenstände der Unteransprüche 3—8 sind vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung, durch die die hydraulischen Anlagen, Systeme und deren Funktionen optimal gefaltet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigen

F i g. 1 eine Darstellung einr Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 2 einen Querschnitt im wesentlichen längs der Linie 4-4 der Kig. 1,

F i g. 3 einen Querschnitt im wesentlichen längs der Linie 5-5 der Fig. 1, wobei einige Teile weggelassen sind,

Fig.4 einen Teilschnitt im wesen^ichen längs der Linie 6-6 der F i g. 3,

F i g. 5 eine Ansicht teils im Schnitt, loils in Seitenansicht eines Drehmoment übertragenden Zylinders,

Fig.6 eine schematische Darstellung des Druckmittelsystems für die Drehmoment übertragenden Zylinder,

F i g. 7 eine Teilansicht eines der oberen, zur Stabilisierung dienenden Schuhe am vorderen Schild,

F i g. 8 eine schematische Darstellung des Druckmittelsystems für ein einander diametral gegenüberliegend angeordnetes Paar vorderer Rückzylindern, aus welcher ferner das Druckmittelsystem für das verbleibende Paar diametral gegenüberliegender Rückzylinder ersichtlich ist, da die Systeme im wesentlichen ientisch ausgebildet sind,

F i g. 9 eine schematische Ansicht der Steuervorrichtung,

Fig. 10 eine der Fig. 9 ähnliche Ansicht einer abgeänderten Steuervorrichtung,

Fig. Π eine den Fig.9 und 10 ähnliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Steuervorrichtung und

Fig. 12 eine schematische Darstellung der Druckmittelzu- und -abführung für den oberen Satz von vorderen Rückzylindern im System der Fig. 10, sowie für jeden Satz vorderer Rückzylinder im System der Fig. 11.

Es sei auf die in den F i g. 1 bis 4 dargestellte Ausführung Bezug genommen, die einen vorderen Schild 80 und einen hinteren Schild 82 aufweist. Beide Schilde sind rohrförmig ausgebildet und haben Zylinderform. Ein hinterer Abschnitt des Schilds 80 nimmt teleskopisch einen vorderen Abschnitt mit verringertem Durchmesser des Schilds 82 auf. Der hintere Schild 82 besitzt einen ringförmigen, in radialer Richtung schmalen inneren Rahmen 84. Der Rahmen 84 dient zur Befestigung einer Anzahl von nach hinten ausfahrbaren, doppeltwirkenden Rückzylindern 86, welche mit Kolbenstangen 88 ausgestattet sind, die gegen die Segmente 5der Tunnelauskleidung TL angedrückt werden. Der Rahmen 84 weist ferner ein Paar im wesentlichen radialer Führungen 90 für ein Paar seitlich angeordneter, diametral einander gegenüberliegender Greiferschuhe 92 auf. Die Greiferschuhe 92 werden mittels oberer und unterer, doppeltwirkender, hydraulischer Zylinder 94, % ausgefahren und zurückgezogen. Der obere hydraulische Zylinder 94 ist zwischen Befestigungsnasen 98, 100 an den oberen Enden der Greiferschuhc 92, S3 angeordnet. In ähnlicher Weise ist der untere hydraulische Zylinder zwischen Befestigungsnasen 102, 104 an den unteren Enden der Greiferschuhe 92,93 befestigt.

Aus der Schnittdarstellung (F i g. 3) des unteren Zylinders 96 ist der innere Aufbau beider Zylinder 94, 96 ersichtlich. Jeder Zylinder 94, 96 weist einen Kolben 106 mit einem Kolbenkopf 108 in einer Kolbenkammer 110 auf, die Stirnwände 112 und 114 besitzt. Zwischen dem Kolbenkopf 108 und der Stirnwand 112 befindet sich eine erste Arbeitskammer 116 mit veränderlichem Volumen. Eine erste Leitung 118 dient dazu, der Arbeitskammer 116 Arbeitsmittel zu- und aus dieser abzuführen. Eine zweite Arbeitskammer 120 ist zwischen dem Kolbenkopf 108 und der Stirnwand 114 vorhanden, wobei eine zweite Leitung 122 die Arbeitskammer 120 mit Arbeitsmittel versorgt und es von ihr abzieht. Die beiden hydraulischen Zylinder 94, 96 werden zusammen betätigt, d. h., wciiii die Greiferschuhc 92, 93 ausgefahrer, werden sollen, wird Arbeitsmittel den Arbeitskammern 116 der beiden hydraulischen Zylinder 94, 96 zugeführt und gleichzeitig aus den Arbeitskammern 120 der beiden Zylinder 94, 96 abgezogen. Die Richtung der Arbeitsmittelströmung wird umgekehrt, wenn die Greiferschuhe 92,93 zurückgezogen werden sollen.

Wie am besten aus F i g. 3 ersichtlich ist. erstrecken sich die seitlich angeordneten Rückzylinder 86 seitlich durch die Führungen 90 für die Greiferschuhe 92, 93. Um eine Beeinträchtigung der Bewegung der Greiferschuhe durch die Rückzylinder 86 auszuschließen, sind in den Greiferschuhen 92, 93 Schlitze 124 vorgesehen. Diese Schlitze 124 sind parallel zur Betätigungsrichtung der Zylinder 94, % verlaufende Längsschlitze und lang genug, um die größtmögliche Greiferschuhbewegung zuzulassen. In F i g. 3 sind der Förderer und andere

mittig angeordnete Bauelemente weggelassen.

In dieser Ausführungsform weist der vordere Schild 80 einen Endabschnitt 126 auf, welcher den vorderen, mit verringertem Durchmesser ausgebildeten Abschnitt 128 des hinteren Schildes 82 überlappt Es ist ein zweiter Satz doppelt wirkender Rückzylinder 130 zwischen einem ringförmigen Rahmen des vorderen Schilds 80 und dem ringförmigen Rahmen 84 des hinteren Schilds 82 vorgesehen. Die Rückzylinder 130 weisen Kolbenstangen 132 auf, welche nach hinten ausgefahren werden können, um gegen den Rahmen 84 zu drücken. Die hinteren Enden der Kolbenstangen 132 sind mit dem Rahmen 84 verbunden, so daß die Rückzylinder 130 auch den hinteren Schild 82 gegenüber dem vorderen Schild 80 nach vorn ziehen können. An jedem Ende eines jeden Rückzylinders 130 ist eine Kugelgelenkverbindung oder dergleichen zwischen diesem und dessen Halterung vorgesehen.

Am vorderen Schild 80 ist ein Schneidkopfträger 133 montiert, an dem ein Laufring eines großen Schneidkopflagers 134 befestigt ist. Das Schneidkopflager 134 hält einen Schneidkopf 136 um eine Mittelachse Xdrehbar am Schneidkopfträger 133. Der Schneidkopf 136 trägt nach vorn gerichtete Schneidwerkzeuge zur Bearbeitung des Tunnelstoßes 70, sowie eine Einrichtung zur Aufnahme und Abgabe der Berge über Rutschen 138 auf das Förderband 140 eines endlosen Bandförderers 142. Der Schneidkopfträger 133 trägt Antriebsmotoren 144 für den Schneidkopf 136.

Der Durchmesser des Schneidkopfes 136 ist geringfügig größer als der der Schilde 80, 82. Auf diese Weise schneidet der Schneidkopf 136 einen Kreis, dessen Durchmesser geringfügig größer als der Durchmesser der Schilde 80, 82 ist. Die untere Begrenzung des Tunnels fällt im wesentlichen mit der untersten Fläche der Schilde 80, 82 zusammen. Wegen dieser Durchmesserdifferenz ist ein radialer Spalt oberhalb der Schilde 80, 82 vorhanden. Dieser radiale Spalt wird üblicherweise als »Überschnitt« bezeichnet.

Der obere Teil des vorderen Schilds 80 trägt ein Paar zur Stabilisierung dienende Schuhe 146, welche im wesentlichen in Führungen 148, die in einem Rahmen 150 des Schilds vorgesehen sind, radial einwärts und auswärts bewegt werden. Die Schuhe 146 werden mittels doppeltwirkender hydraulischer Zylinder 151 aus- und eingefahren und können gegenüber dem Rahmen 150 zur Anlage und zum Gleiten an den oberen Seitenabschnitten des Tunnels im wesentlichen radial ausgefahren werden, um eine Stabilisierung an diesen Stellen bei Bedarf zu bewirken.

Die Schuhe 146 können ferner, während der hintere Schild 82 nach vorne bewegt wird, zur Abstützung an der Tunnelwand zur Unterstützung der Verankerung des vorderen Schilds 80 ausgefahren werden. In einigen Anlagen wird das Gewicht des vorderen Schilds 80 allein als ausreichend angesehen, um diesen an seinem Platz festzuhalten, während der hintere Schild 82 nach vorne bewegt wird. Wenn mittels der hinteren Rückzylinder 86 der hintere Schild 82 nach vorn bewegt wird, ist eine Verankerung des vorderen Schildes 80 unnötig.

Es ist ein Paar ein Drehmoment ausübender Hydraulikzylinder 152, 154 an einander gegenüberliegenden Seiten der Vortriebsmaschine vorgesehen, welche als Verbindungselemente zur Übertragung eines Drehmoments zwischen den beiden Schilden 80, 82 dienen. In F i g. 1 ist ein vorderer Teil des Schneidkopfträgers 133 weggeschnitten, um die Lage des Zylinders 154 zu zeigen. Bei der dargestellten Ausführungsform (F i g. 1 bis

7) weist der Schneidkopfträger 133 nach hinten sich erstreckende Befestigungsarme 156,158 an seinen beiden Seiten auf. Die oberen Enden der Hydraulikzylinder 152,154 sind mit diesen Befestigungsarmen 156,158 mittels eines Kugelgelenks oder dergleichen verbunden. Die unteren Enden der Hydraulikzylinder 152, 154 sind in ähnliche Weise schwenkbar mit Befestigungsarmen 157, 159 verbunden, welche einen Teil des hinteren Schilds 82 bilden.

ίο F i g. 5 zeigt den inneren Aufbau einer üblichen Ausführungsform eines Drehmoment-Hydraulikzylinders 152, welcher gemeinsam mit einem identisch aufgebauten Drehmoment-Hydraulikzylinder 154 verwendet wird. Der Hydraulikzylinder 152 (154) weist eine KoI-benstange 160 auf, die mit einem Kolbenkopf 162 verbunden ist. Eine Verlängerung 164 der Kolbenstange 160 erstreckt sich vom Kolbenkopf 162 entgegengesetzt zur Kolbenstange und wird mit Paßsitz von einer öffnung 166 aufgenommen, die in einem stirnwandseitigen Abschnitt 168 des Zylinders 152 vorgesehen ist. Das untere Ende des Zylinders 152 ist bei 172 schwenkbar mit den Befestigungsarmen 157 (159) verbunden. Das obere Ende der Kolbenstange 160 ist mittels eines Zapfens bei 174 mit dem Befestigungsarm 156 (158) verbunden. Die Verlängerung 164 der Kolbenstange ist vorgesehen, damit an beiden Seiten des Kolbenkopfs 162 gleich große Flächen vorhanden sind.

Wie F i g. 6 zeigt, ist die obere Druckmittelkammer 176 oberhalb des Kolbenkopfs 162 des Hydraulikzylinders 152 mit der unteren Druckmittelkammer 180 des auf der gegenüberliegenden Seite liegenden Hydraulikzylinders 154 mittels einer Leitung 182 verbunden. Ferner ist die untere Druckmittelkammer 180 des Hydraulikzylinders 152 mit der oberen Druckmittelkammer 176 des Hydraulikzylinders 154 durch eine Leitung 184 verbunden.

Greifen die beiden Schilde 80, 82 teleskopisch ineinander, so sind die beiden Hydraulikzylinder 152,154 gegenüber der Vertikalen, wie F i g. 5 zeigt, nach hinten geneigt. Wird der vordere Schild 80 nach vorne gedrückt, so bewegt sich der obere Verbindungspunkt 174 axial nach vorne. Sind die Rückzylinder 130 vollständig ausgefahren, so sind die Hydraulikzylinder 152, 154 gegenüber der Vertikalen nach vorne geneigt, wie es durch die strichpunktierten Linien in F i g. 5 angedeutet ist.

Während des Auffahrens hat der Schneidkopfträger 133 das Bestreben, sich in entgegengesetzter Richtung wie der Schneidkopf 136 zu drehen, weil das auf den Schneidkopf 136 zur Drehung in Richtung des Pfeils 190 ausgeübte Drehmoment auch auf den Schneidkopfträger 133 ausgeübt wird, so daß dieser das Bestreben hat, sich in entgegengesetzter Richtung zu drehen, wie es durch den Pfeil 192 angedeutet ist Während des Vortriebs ist der hintere Schild 82 an seinem Platz verankert, weil die Greiferschuhe 92, 93 nach außen in Anlage gegen die Tunnelwand gedrückt werden. Das Gegendrehmoment wird durch die Hydraulikzylinder 152,154 vom Schneidkopf träger 133 auf den hinteren Schild 82 übertragen, wo eine tatsächliche Drehung durch die Einspannung an der Tunnelwandung verhindert werden kann. Die beiden Drehmoment-Zylinder arbeiten zusammen. Wie die F i g. 6 zeigt, hat das Gegendrehmoment das Bestreben, die Kolbenstange 160 und den KoI-benkopf 162 des Zylinders 152 nach unten zu bewegen, wodurch ein Druck auf das Druckmittel in der Druckmittelkammer 180 ausgeübt wird. Das auf den Schneidkopfträger 133 ausgeübte Gegendrehmoment hat fer-

ner das Bestreben, die Kolbenstange 160 und den Kolbenkopf 162 des Hydraulikzylinders 154 anzuheben, wodurch ein Druck auf das Druckmittel in der Druckmittelkammer 176 des Drehmoment übertragenden Hydraulikzylinders 154 ausgeübt wird.

Wegen der gleich großen Flächen an den entgegengesetzten Seiten des Kolbens 162 können die ein Drehmoment übertragenden Hydraulikzylinder 152,154 ihre Länge verändern, wie dies während der Teleskopbewegung der Schilde 80,82 erforderlich ist. Eine Bewegung, welche zu einer Verkürzung der Hydraulikzylinder 152, 154 führt, vergrößert das Volumen einerjeden Druckmittelkammer 176 und erzeugt eine gleich große Volumenänderung in jeder Druckmittelkammer 180. Daher wird bei einer solchen Bewegung Druckmittel lediglich aus jeder Druckrnittelkammer 180 in die zugeordnete Druckmittelkammer 176 gefördert. In entsprechender Weise verringert eine Bewegung, welche zur Verlängerung der Hydraulikzylinder 152,154 führt, das Volumen der Druckmittelkammer 176 und erhöht entsprechend das Volumen der Druckmittelkammer 180. Während einer derartigen Bewegung wird Druckmittel lediglich aus jeder Druckmittelkammer 176 in die zugeordnete Druckmittelkammer 180 gefördert.

Das Gegendrehmoment kann im Lauf der Zeit eine gewisse Verdrehung der Stellung der Schilde 80, 82 verursachen.

Das Druckmittelsystem für die Drehmoment-Hydraulikzylinder 152, 154 weist Speise- und Rückleitungen 194,196 sowie einen Steuerschieber 198 auf, der betätigt werden kann, damit Druckmittel einem Paar verbundener Druckmittelkammern 176, 180 zugeführt und gleichzeitig aus dem anderen Paar verbundener Druckmittelkammern 176, 180 abgezogen werden kann, um einen der Schilde 80,82 gegenüber dem anderen zu verdrehen. Beispielsweise kann der Schild 82 durch seine Greiferanordnung in seiner Lage verankert sein, und die ein Drehmoment erzeugenden Hydraulikzylinder 152, 154 können dann den vorderen Schild 80 in seine richtige Stellung zurückdrehen. Anschließend können die Schuhe 146 in Anlage an die Tunnelwand ausgefahren werden und den vorderen Schild 80 in seiner Stellung verankern, während die ein Drehmoment erzeugenden Hydraulikzylinder 152,154 dazu verwendet werden, den hinteren Schild 82 (bei zurückgezogenen Greiferschuhen 92,93) zurück in seine richtige Stellung zu drehen.

Wie Fig.6 zeigt ist der Steuerschieber 198 ein 3-Stellungsschieber. In einer ersten Stellung 200 wird Druckmittel aus der Speiseleitung 194 in die Druckmittelkammer 180 des Hydraulikzylinders 152 und in die Druckmiueiksrnrner 176 des Hydraulikzylinders i54 geführt, wobei die Druckmittelkammer 176 des Hydraulikzylinders 152 und die Druckmittelkammer 180 des Hydraulikzylinders 154 mit der Abzugsleitung 196 verbunden sind. In einer zweiten Stellung 202 sind sowohl die Speiseleitung 194 als auch die Abzugslei .ung 196 gesperrt (was der normalen Drehmoment übertragenden Stellung des Systems entspricht). In einer dritten Stellung 204 ist die Speiseleitung 194 mit der Druckmittelkammer 180 des Hydraulikzylinders 154 und der Druckmittelkammer 176 des Hydraulikzylinders 152 verbunden, während die Abzugsieitung 196 mit der Druckmittelkammer 180 des Hydraulikzylinders 152 und der Druckmittelkammer 176 des Hydraulikzylinders 154 verbunden ist Jede der Leitungen, welche vom Steuerschieber 198 zu den Hydraulikzylindern 154, 152 führt, weist, wie dargestellt, ein übliches Entspannungsventil 206 auf.

Den Fig.3 und 8 ist zu entnehmen, daß der obere Satz dreier vorderer Rückzylinder 130· und der untere Satz dreier vorderer Rückzylinder 130 in einer noch zu beschreibenden Weise derart ausgelegt, angeordnet und geschaltet sind, daß der vordere Schild 80 senkrecht relativ zum hinteren Schild 82 gelenkt oder gesteuert werden kann (Gefälle- oder Neigungs- oder Steigungssteuerung). In ähnlicher Weise sind der rechte und der linke

ίο Satz der vorderen Rückzylinder 130 derart koordiniert, um eine Steuerung oder Lenkung des vorderen Schilds 80 relativ zum hinteren Schild 82 nach rechts oder links durchzuführen. (Kurs- oder Richtungssteuerung.) Zwischen dem Endabschnitt 126 und der vorderen Verlängerung 128 ist ein ausreichendes Spiel für die erforderlicher. Winkelbewegungen vorhanden.

Wie Fi g. 8 zeigt, liefert eine hydraulische Pumpe 210 Druckmittel an den Satz dreier vorderer Rückzylinder 130, der an der linken Seite der Maschine angeordnet ist.

Eine weitere hydraulische Pumpe 212 liefert Druckmittel an die drei vorderen Rückzylinder 130, die an der rechten Seite der Maschine liegen. Eine Speiseleitung 214 führt von der Pumpe 210 zu einem Steuerschieber 216. Die vorderen Druckmittelkammern der vorderen Rückzylinder 130 sind miteinander und über eine Leitung 218 mit dem Steuerschieber 216 verbunden. Die hinteren Druckmittelkammern der vorderen Rückzylinder 130 sind ebenfalls miteinander und über eine Leitung 220 mit dem Steuerschieber 216 verbunden. Eine Rückleitung 222 führt vom Steuerschieber 216 zum Druckmittelbehälter 224. In ähnlicher Weise führt eine Speiseleitung 226 von der Pumpe 212 zum Steuerschieber 228. Die vorderen Druckmittelkammern der an der rechten Seite liegenden drei Rückzylinder 130 sind miteinander und über eine Leitung 230 mit dem Steuerschieber 228 verbunden. Die hinteren Druckmittelkammern der drei an der rechten Seite liegenden Rückzylinder 130 sind ebenfalls miteinander und über eine Leitung 232 mit dem Steuerschieber 228 verbunden. Eine Rückleitung 234 führt vom Steuerschieber 228 zurück zum Druckmittelbehälter 224.

Eine weitere Pumpe 236 ist vorgesehen, um Drückmittel zu einem umsteuerbaren Hydraulikmotor 238 zu fördern, welcher eine wechselseitig wirkende Pumpe 240 antreibt. Die Pumpe 240 ist zwischen den Speiseleitungen 214, 226 angeordnet. Übliche Halteventile 242, 244 sind zwischen den Speiseleitungen 214, 226 und der Pumpe 240 angeordnet Zwischen der Pumpe 236 und dem Motor 238 ist ein Steuerschieber 246 eingeschaltet.

Während einer geradlinigen Vorwärtsbewegung der Schüdvortriebsmaschine werden die Pumpen 210. 212 betätigt, um Druckmittel den vorderen Druckmittelkammern aller Rückzylinder 130 zuzuführen. Die Steuerschieber 216, 228 befinden sich dabei in den in F i g. 8 dargestellten Stellungen. Druckmittel fließt aus den hinteren Druckmittelkammern der Rückzylinder 130 in die Leitungen 220, 232, anschließend durch die Steuerschieber 216, 228 und dann über Leitungen 222, 234 zurück zum Druckmittelbehälter 224. Nach dem Ausfahren der Rückzylinder 130 werden die Steuerschieber 216,228 betätigt, um die Strömung zu und auf den Rückzylindern 130 umzukehren, so daß die Rückzylinder 130 zurückgezogen werden und der hintere Schild 82 nach vorne gegen den vorderen Schild 80 gezogen wird.

Soll die Schildvortriebsmaschine in seitlicher Richtung gesteuert werden, beispielsweise nach rechts, wird der Steuerschieber 246 betätigt, um Druckmittel voi der

Pumpe 236 dem Hydraulikmotor 238 derart zuzuführen, daß dieser die wechselseitig wirkende Pumpe 240 in einer Richtung antreibt, in der Druckmittel aus der Speiseleitung 226 in die Leitung 214 geführt wird. Infolgedessen gelangt eine größere Durchsatzmenge Druckmittel in die vorderen Druckmittelkammern der an der linken Seite angeordneten Rückzylinder, als in den rechten Satz der Rückzylinder 130. Die Rückzylinder 130 an der linken Seite werden weiter ausgefahren als die an der rechten Seite, so daß der vordere Schild 80 sich nach rechts bewegt

Die oberen Rückzylinder 130 sowie die unteren drei Rückzylinder sind jeweils in der dargestellten Weise miteinander verbunden. Bei einer seitlichen Richtungsänderung der Schildvortriebsmaschine werden im wesentlichen gleiche Druckmittelmcngen beiden Sätzen der Rückzylinder 130 zugeführt. Da jedoch die Rückzylinder 130 eines jeden Satzes miteinander verbunden sind, führt eine seitliche Drehbewegung des vorderen Schilds 80 zu einer ungleichen Verteilung des Druckmittels zu den oberen drei Rückzylindern 130 und den unteren drei Rückzylindern 130, so daß diese die horizontale Drehbewegung nicht beeinträchtigen.

Der vordere Schild kann auf eine geradlinige Bahn zurückbewegt oder aus einer geradlinigen Bahn nach links bewegt werden, indem mit dem Steuerschieber 246 die Richtung des Motors 238 und damit die Strömungsrichtung des Druckmittels umgekehrt wird.

Wie erwähnt, ist das Druckmittelsystem für den oberen und unteren Satz Rückzylinder 130 im wesentlichen das gleiche wie für den rechten und linken Satz Rückzylinder 130. Die oberen und unteren Rückzylinder 130 werden in der angegebenen Weise betätigt, um den vorderen Schild 80 relativ zum hinteren Schild 82 vertikal nach oben oder unten zu bewegen. Während der vertikalen Steuerbewegung erfolgt eine ungleichmäßige Verteilung des Druckmittels sowohl an die drei an der linken Seite angeordneten Rückzylinder 130 als auch an die drei an der rechten Seite angeordneten Rückzylinder 130, so daß diese eine vertikale Drehbewegung nicht beeinträchtigen.

F i g. 9 zeigt schematisch die beschriebene Art der Lenkung durch eine Unterteilung der Hauptrückzylinder 130 in vier Sätze und eine Förderung von Druckmittelmengen zwischen gegenüberliegenden Sätzen.

Fig. 10 zeigt eine ähnliche schematische Darstellung einer abgeänderten Anordnung der Rückzylinder. Bei dieser Anordnung sind die Rückzylinder in drei Sätze unterteilt, und zwar in einen oberen Satz, einen linken Satz und einen rechten Satz. Druckmittel wird zum Lenken der Maschine in seitlicher Richtung zwischen den beider, seitlichen Sätzen gefördert. Zur vertikalen Lenkung der Maschine wird das Druckmittel zwischen dem oberen Satz und dem Vorratsbehälter gefördert

F i g. 11 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Anordnung der Rückzylinder. Gemäß dieser Ausführungsform ist zwischen einem jeden Rückzylindersatz und dem Vorratsbehälter eine Förderpumpe vorgesehen.

Fig. 12 zeigt eine schematische Darstellung eines Leitungssystems, welches bei dem oberen Rückzylindersatz der in Fig. !0 dargestellten Ausführungsform verwendet werden kann sowie bei jedem Satz in der Anordnung nach Fig. 11. Dieses System entspricht im wesentlichen dem Leitungssystem der F i g. 8 mit der Ausnahme, daß die Förderung zwischen der Speiseleitung für die Rückzylinder und dem Behälter 224 erfolgt. Insbesondere fördert die Hydraulikpumpe 246 hydraulisches Druckmittel in den Satz vorderer Rückzylinder 130. Eine Speiseleitung 248 führt von der Pumpe 246 zu einem Steuerschieber 250. Die vorderen Druckmittelkammern der vorderen Rückzylinder 130 sind miteinander und über eine Leitung 252 mit dem Steuerschieber 250 verbunden. Die hinteren Druckmittelkammern der vorderen Rückzylinder 130 sind ebenfalls miteinander und über eine Leitung 254 mit dem Steuerschieber 250 verbunden. Eine Rückleitung 256 führt schließlich vom Steuerschieber 250 zurück zum Vorratsbehälter 224.

Eine weitere Pumpe 258 dient zur Abgabe von Druckmittel an einen umsteuerbaren Hydraulikmotor 260, welcher eine wechselseitig wirkende Förderpumpe 262 antreibt. Die Förderpumpe 262 liegt zwischen der Speiseleitung 248 und dem Druckmittelbehälter 224. Ein übliches Halteventil 264 ist zwischen der Speiseleitung 248 und der Förderpumpe 262 angeordnet Zwischen der Pumpe 258 und dem Motor 260 liegt ein Steuerschieber 266.

Es sei angenommen, daß das in F i g. 2 dargestellte System mit dem oberen Rückzylindersatz in der Anordnung nach Fig. 10 verbunden ist Ferner sei angenommen, daß das System gemäß Fig.8 mit dem rechten und linken Rückzylindersatz verbunden ist Während der geradlinigen Vorwärtsbewegung der Schildvortriebsmaschine werden die Pumpen 210,212,246 betrieben, um Druckmittel den vorderen Druckmittelkammern aller Rückzylinder 130 zuzuführen. Die Steuerschieber 216, 228, 250 sind wie in den in den F i g. 8 und 10 gezeigt eingestellt Druckmittel fließt aus den hinteren Druckmittelkammern der Rückzylinder 130 in die Leitungen 220, 232, 254 und durch die Schieber 216, 228, 250 und die Leitungen 222, 234, 256 zurück zum Druckmittelbehälter 224. Nach dem Ausfahren der Rückzylinder 130 werden die Steuerschieber 216, 228, 250 betätigt, um die Strömung von und zu den Rückzylindern 130 umzukehren, so daß diese zurückgezogen werden und der hintere Schild 82 nach vorne gegen den vorderen Schild 80 gezogen wird.

Soll die Maschine seitlich bewegt werden, beispielsweise nach rechts, so wird die bereits in Verbindung mit Fig.8 beschriebene Betriebsweise durchgeführt Soll der vordere Schild vertikal nach oben oder unten gegenüber dem hinteren Schild 82 bewegt werden, so wird der Steuerschieber 266 (F i g. 12) betätigt, um die Drehrichtung des Motors 260 und damit der Pumpe 262 zu steuern, um entweder Druckmittel von der Speiseleitung 248 zum Behälter 224 zu pumpen oder umgekehrt

In einem System nach F i g. 11 werden die Steuerschieber 266 für die Förderpumpen dazu verwendet, um selektiv Druckmittel von einem oder mehreren der Sätze der vorderen Rückzylinder abzuziehen oder an diese abzugeben, damit dadurch die Bewegungsrichtung des vorderen Schilds gegenüber dem hinteren Schild verändert wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Schildvortriebsmaschine zum Auffahren von Tunneln mit hintereinander angeordneten, teleskopisch verbundenen rohrförmigen Ausbauschilden, von denen der vordere einen motorisch drehantreibbaren Schneidkopf trägt, der im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Schilde aufweist, während der hintere den Ausbauraum schützt und der axialen Abstützung des den Schneidkopf tragenden vorderen Schildes dient, wozu er durch Greifer an der Tunnelwand festlegbar und durch axial wirkende, über den Schildumfang verteilte hydraulische Rückzylinder mit dem vorderen Schild verbunden ist. dadurch gekennzeichnet, daß die die Ausbauschilde verbindenden Rückzylinder durch eine Steuervorrichtung einzeln oder gruppenweise betätigbar sind, daß zwischen dem vorderen Schild (80) und dem hinteren Schild (82) zusätzliche Hydraulikzylinder (152, 154) derart angeordnet sind, daß diese zwischen dem vorderen und hinteren Schild (80, 82) in im wesentlichen tangentialer Weise über das gesamte Ausmaß der axialen Relativbewegung der Schilde hinweg streck- und/oder zusammenziehbar wirksam sind, und daß im Umfangsbereich des hinteren Schildes (82) Rückzylinder (86) angeordnet sind, die nach rückwärts gegen die bleibende Auskleidung (TZJ ausfahrbar sind.

2. Schildvortriebsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rückwärtigen Rückzylinder (86) in Schlitzen (124) von Greiferschuhen (92,93) angeordnet sind, die zur Festlegung des hinteren Schildes (82) diesem gegenüber radial ausfahrbar sind.

3. Schildvortriebsmaschine nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der zwischen den teleskopisch verbundenen Schilden (80; 82) im wesentlichen tangential wirkend angeordneten Zylinder (152, 154) beiderseits eines Kolbenkopfes (162) mit einer Druckmittelkammer (176,180) versehen ist und die Kolbenköpfe (162) zu beiden Druckmittelkammern hin jleich große Stirnflächen haben, wobei jeweils die C°m vorderen Schild zugewandte Druckmittelkammer der Zylinder mit der dem hinteren Schild zugewandten Druckmittelkammer des jeweils anderen Zylinders verbunden ist.

4. Schildvortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Anordnung von Rückzylindergruppen (52, 130) zwischen dem vorderen und dem hinteren Schild (80; 82) zur vertikalen und seitlichen Steuerung des vorderen Schildes (80).

5. Schildvortriebsmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Rückzylindergruppen (130) durch jeweils eine eigene Druckmittelspeiseleitung (214, 218, 226, 230) mit einer Druckmittelquelle verbunden sind, wobei die Druckmittelspeiseleitung der jeweils diametral gegenüberliegenden Rückzylindergruppen durch eine Übertragungsleitung miteinander verbunden sind, die eine reversierbare Hydraulikpumpenanordnung (240) enthält, durch die Druckmittel von einer Speiseleitung zur anderen übertragbar ist und eine ungleichmäßige Verteilung des Druckmittels in den einzelnen Rückzylindergruppen erfolgt.

6. Schildvortriebsmaschine nach Anspruch 4 oder

5, dadurch gekennzeichnet, daß alle Rückzylinder (130) einer gemeinsam an eine Druckmittelspeiseleitung (214, 218; 226, 230) angeschlossenen Rückzylindergruppe so miteinander verbunden sind, daß ein Druckmittelausgleich zwischen den einzelnen Rückzylindern einer Gruppe erfolgt

7. Schildvortriebsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Anordnung von drei in einer Dreiecksanordnung angeordneten Rückzylindern oder Rückzylindergruppen, die wahlweise gemeinsam oder selektiv mit einem Druckmittel beaufschlagbar sind, wobei ein Rückzylinder bzw. eine Rückzylindergruppe im Kopfbereich und die beiden anderen in gegenüberliegenden unteren Seitenbereichen der Ausbauschilde angeordnet sind (F i g. 12 α 13).

8. Schildvortriebsmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckmittelzuführung zu den Rückzylindern getrennte Druckmittel-Verteilerleitungen für jede Zylindergruppe sowie eine Pumpenanordnung vorgesehen sind, durch die Druckmittel mit im wesentlichen gleicher Menge einer jeden Verteilerleitung für wenigstens eine Zylindergruppe eine reversierbare Pumpe zugeordnet ist, die zwischen der Verteilerleitung dieser Zylindergruppe und einem Druckmittelreservoir liegt.