DE3104058C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schildvortriebsverfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine zu dessen Durchführung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3 bzw. 4.

Gemäß einem derartigen Schildvortriebsverfahren, wie es aus der Druckschrift "Technische Blätter 1975/76; Der Bentonit­ schild, Technologie und erste Anwendung in Deutschland", Seiten 3 bis 11, bekannt ist, wird die Ortsbrust mittels eines Druck- bzw. Stützflüssigkeitspolsters abgestützt. Da­ bei wirkt die Stützflüssigkeit, üblicherweise Bentonit, Wasser oder Schlamm, an der Ortsbrust mit einem Druck auf den Boden ein, der größer als der Druck des Grundwassers ist, wobei sichergestellt wird, daß die Stützflüssigkeit den in ihr herrschenden Druck in Stützkraft umsetzen kann und partiellen Nachbruch sowie das Einbrechen von Grundwas­ ser sicher verhindert. Der Überdruck der Stützflüssigkeit bringt allerdings nachteilige Grundwasserbewegungen, d. h. Umlagerungen des Grundwassers im Boden, mit sich, die zu Wasseraufbrüchen an der Bodenoberfläche führen können.

Der Bohrkopf der Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine wird darüberhinaus gegen den Boden an der Ortsbrust gepreßt, um beim Vortrieb der Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine ein Einfallen der Ortsbrust und damit einhergehende Bodenset­ zungen an der Erdoberfläche auszuschließen und einen konti­ nuierlichen Vortrieb zu ermöglichen. Dabei kann es aller­ dings bei Änderung der Bodenbeschaffenheit an der Ortsbrust leicht zu Aufwerfungen bzw. Bodenhebungen oder zu Bodenset­ zungen kommen, was zu erheblichen Schäden an der Erdober­ fläche führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Schildvor­ triebsverfahren und eine gattungsgemäße Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine zu dessen Durchführung dort weiterzubilden, daß bei Änderung der Bodenbeschaffenheit an der Ortsbrust Bodenhe­ bungen und -setzungen mit größerer Sicherheit vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfah­ rens durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patent­ anspruchs 1 und hinsichtlich der Tunnelbaumaschine durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 3 bzw. 4 gelöst.

Erfindungsgemäß wird dafür gesorgt, daß während der Tunnel­ bauarbeiten der Druck der Stützflüssigkeit, mit dem diese an der Ortsbrust auf den Boden einwirkt, im wesentlichen gleich dem Druck des Grundwassers gehalten wird. Dabei wird sowohl das Einbrechen von Grundwasser als auch dessen Bewe­ gung im Boden zuverlässig vermieden, so daß Wasseraufbrüche an der Erdoberfläche nicht auftreten. Zusätzlich wird er­ findungsgemäß der Anpreßdruck des Bohrkopfes an der Orts­ brust auf einen Wert zwischen dem aktiven und dem passiven Erddruck eingestellt und mittels einer Steuerung auch bei sich ändernder Bodenbeschaffenheit an der Ortsbrust auf diesem Wert gehalten. Dadurch können Bodenbewegungen, d. h. Bodenhebungen und -setzungen, vermieden und ein kontinuier­ licher Vortrieb der Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine er­ reicht werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Schildvortriebsverfahrens und der Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der fol­ genden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Schildvortriebs-Tunnelbauma­ schine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch den Bohrkopf der Tunnelbaumaschine gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine ausschnittsweise Schnittdarstellung ge­ mäß 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer Schildvortriebs-Tunnelbauma­ schine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung einer Schildvortriebs-Tunnelbauma­ schine gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 6 eine schematische Schnittdarstellung einer Schildvortriebs-Tunnelbauma­ schine gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.

Zu einer Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine 10 gehören ein Schildkörper 12 und eine Trennwand 14, die im vorderen Bereich des Schildkörpers 12 innerhalb desselben und quer zu diesem angeordnet ist. Die Trennwand 14 unterteilt den Schildkörper 12 in eine Druckflüssigkeitskammer 16 und eine unter atmosphärischem Druck stehende Kammer 18. In der Trennwand 14 sind ein Einlaß und ein Auslaß für eine Stütz­ flüssigkeit ausgebildet, in die Druckflüssigkeitsleitungen 20 und 22 eingesetzt sind, die zum Zuführen der Stützflüssig­ keit, bei der es sich beispielsweise um Wasser, Bentonit oder Schlamm handeln kann, zur Druckflüssigkeitskammer 16 bzw. zum Abführen aus derselben dienen.

In der Druckflüssigkeitskammer 16 ist ein Schneid- bzw. Bohr­ kopf 24 angeordnet, an dem eine Antriebswelle 26 befestigt ist. Die Antriebswelle 26 ist in einem Lager 27 gelagert, das an der Trennwand 14 befestigt ist, und erstreckt sich in ein Getriebe 28, das auf der Rückseite der Trennwand 14 angebracht ist. Zum Getriebe 28 gehört ein großes Zahnrad 30, das mit einem Ritzel 34 kämmt, das auf einer Welle 33 sitzt, die von einer Antriebsvorrichtung in Form eines hydraulischen Motors 32 aus, der auf der Außenwand des Getriebes 28 angebracht ist, in das Getriebe 28 ragt. Aufgrund der vorstehend angegebenen Ausbildung wird die Antriebskraft des hydraulischen Motors 32 zur Antriebswelle 26 übertragen, so daß diese gedreht wird.

Die Antriebswelle 26 ist ferner in einem weiteren Lager 35 gelagert, das am Getriebe 28 angebracht ist, und endet in ei­ nem Gehäuse 36, das an der hinteren Wand des Getriebes 28 be­ festigt ist. Im Gehäuse 36 befindet sich ein Lastdetektor 38, der in Anlage am hinteren Ende der Antriebswelle 26 steht und von einer Stange 40 getragen wird. Der Lastdetektor 38 dient dazu, den Bodendruck an der sogenannten Ortsbrust festzustellen und besteht aus Lastmeßzellen. An der hin­ teren Wand des Gehäuses 36 ist eine Kolben-Zylinder-Einheit 42 mit einem doppeltwirkenden Kolben angebracht. Dessen Kol­ benstange 44 erstreckt sich durch eine mittige Bohrung 60, die sich in Längsrichtung durch die Stange 40, den Lastdetek­ tor 38 und die Antriebswelle 26 erstreckt, und steht am vorderen Ende der Antriebswelle 26 über diese vor, wie Fig. 2 am deutlichsten zeigt. Die Kolben-Zylinder-Einheit 42 und die Kolbenstange 44 bilden somit eine Stellvorrichtung.

Im folgenden wird ausführlicher auf Fig. 2 eingegangen. Zum Bohrkopf 24 gehört eine Stirnplatte 46, die am vorderen Ende der Antriebswelle 26 befestigt ist. In der Stirnplatte 46 sind Bohrschlitze 48 ausgebildet, die in Radialrichtung Ab­ stand voneinander haben. Ferner gehört zum Bohrkopf 24 eine Bohrscheibe 50, die auf der Rückseite der Stirnplatte 46 an­ geordnet ist und verschiebbar auf der Antriebswelle 26 sitzt. An der Bohrscheibe 50 sind zahlreiche Bohrmeißel 52 an den Bohrschlitzen 48 in der Stirnplatte 46 entsprechenden Stellen befestigt, so daß die Bohrmeißel 52 aus den Bohrschlitzen 48 vorstehen oder aus ihrer vorstehenden Stellung zurückgezogen werden können, wenn die Bohrscheibe 50 auf der Antriebswelle 26 glei­ tend verschoben wird.

An der Bohrscheibe 50 sind zwei oder mehr Stangen 54 befe­ stigt, wie dies in Fig. 2 erkennbar ist. Diese Stangen 54 ver­ laufen von der Bohrscheibe 50 aus durch in Längsrichtung ver­ laufende Löcher bzw. Bohrungen 56 und stehen über das vordere Ende der Antriebswelle 26 vor. Die anderen Enden der Stangen 54 sind an einem Verbindungsglied 58 angebracht. Dies heißt mit anderen Worten, daß ein Ende jeder Stange 54 fest in die Bohrscheibe 50 geschraubt ist, während das andere Ende jeder Stange 54 mit dem Verbindungsglied 58 verbunden ist.

Mit dem Verbindungsglied 58 ist ferner das über das vordere Ende der Antriebswelle 26 vorstehende Ende der durch die mittige Bohrung 60 in der Antriebswelle 26 verlaufenden Kolbenstange 44 verbunden. Die Bohrscheibe 50 wird somit auf der Antriebs­ welle 26 gleitend aufgrund der Kraft verschoben, die zur Bohrscheibe 50 mittels der Kolbenstange 44, des Verbindungsglie­ des 58 und der Stangen 54 von der Kolben-Zylinder-Einheit 42 aus übertragen wird, die dafür als Antriebsquelle dient.

Von der Innenseite des Schildkörpers 12 steht radial nach innen ein Flansch 62 vor. Zwischen dem Flansch 62 und Segmenten 64, die im hinteren Abschnitt des Schildkörpers 12 entlang dessen Innenwand angeordnet sind, ist eine Vortriebsvorrichtung in Form von Pressenzylindern 66 für den Schildkörper 12 eingesetzt. Diese Pressenzylinder 66 drücken auf den Schildkörper 12 in Vortriebsrichtung, d. h. nach links in Fig. 1, und stützen sich dabei an den Stirn­ seiten der Segmente 64 ab.

Der hydraulische Motor 32 zum Drehen der Antriebswelle 26, die Kolben-Zylinder-Einheit 42 zum Verschieben der Bohrschei­ be 50 und dadurch zum Einstellen der Länge, um die jeder Bohr­ meißel 52 aus dem zugehörigen Bohrschlitz 48 vorsteht, d. h. zum Einstellen des Öffnungsmaßes des jeweiligen Bohrschlitzes 48, und die Pressenzylinder 66 sind an Pumpen 68, 70 und 72 ange­ schlossen, bei denen die abgegebene Druckölmenge variabel ist. Diese Pumpen 68, 70 und 72 werden im folgenden auch als Regelpumpen bezeichnet. Die Regelpumpen 68, 70 und 72 werden von einer Drucköl-Antriebseinheit 74 angetrieben und weisen jeweils ei­ nen Steuerarm 76, 78 bzw. 80 auf, mittels dessen die geförderte Druckölmenge gesteuert werden kann. Ein Ende jedes Steuer­ armes 76, 78 und 80 ist jeweils gelenkig mit einer Kolben­ stange einer Kolben-Zylinder-Vorrichtung 82, 84 bzw. 86 mit doppeltwirkendem Kolben verbunden, so daß die Steuerarme durch Verschieben der Kolbenstange geschwenkt werden und da­ durch die von der jeweiligen Regelpumpe gelieferte Drucköl­ menge gesteuert bzw. eingestellt wird. Die Kolben-Zylinder- Vorrichtungen 82, 84 und 86 sind über rückgekoppelte Servo­ ventile 88, 90 und 92 mit einer Pumpe 94 verbunden. Die Ser­ voventile 88, 90 und 92 sind ihrer Art nach an sich bekannt und werden daher hier nicht ausführlich beschrieben. Die Differenzspannungs-Transformationsabschnitte der einzelnen Servoventile 88, 90 und 92 sind über elektrische Leitungen mit einer elektrischen Steuereinrichtung 96 verbunden, so daß die einzelnen Servoventile 88, 90 und 92 mittels elektrischer Signale gesteuert werden können. Die elektrische Steuereinrichtung 96 ist über eine elektrische Leitung mit dem Lastdetektor 38 so verbunden, daß sie vom Lastdetektor 38 mit elektrischen Sig­ nalen gespeist wird.

Wenn mittels der Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine 10 ein Tunnel ausgehoben wird, wird über die Druckflüssigkeitsleitung 20 eine Stützflüssigkeit in die Druckflüssigkeitskammer 16 transportiert. Aus der Druckflüssigkeitskammer 16 wird die Stützflüssigkeit über die Druckflüssigkeitsleitung 22 zu einer Stelle außerhalb des Tunnels gefördert. Der Druck, mit dem die Stützflüssigkeit durch die Druckflüssigkeitsleitung 20 in die Druck­ flüssigkeitskammer 16 gefördert wird, ist so festgelegt, daß der Druck der Stützflüssigkeit in der Druckflüssigkeitskammer 16 im wesentlichen gleich dem Druck des Boden- bzw. Grundwassers an der Ortsbrust 100 ist. Der Bohrkopf 24 wird von einer Antriebs­ kraft gedreht, die vom hydraulischen Motor 32 über das Ritzel 34, das mit dem Ritzel 34 kämmende große Zahnrad 30, das eine Unter­ setzung bewirkt, sowie die Antriebswelle 26 übertragen wird. Dann wird der Schildkörper 12 mittels der Pressenzylinder 66 nach vorne gedrückt, wobei der Bohrkopf 24 gegen den Boden an der Ortsbrust 100 mit einem Anpreßdruck gedrückt wird, der größer als der aktive Erddruck, jedoch kleiner als der passive Erddruck ist. Die Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine 10 wird somit vorgeschoben, wäh­ rend gleichzeitig verhindert wird, daß der Boden an der Ortsbrust 100 einstürzt, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Stützflüssigkeit ge­ gen den Druck des Bodenwassers an der Ortsbrust 100 wirkt und daß der Druck des Bohrkopfes 24 gegen den Boden an der Ortsbrust 100 drückt.

Während an der Ortsbrust 100 Material abgetragen wird, wirkt der vom Bohrkopf 24 auf den Boden an der Ortsbrust 100 ausgeübte Druck auch als Reaktionsdruck vom Boden an der Ortsbrust 100 auf den Bohrkopf 24. Der Erddruck, d. h. der auf den Bohrkopf 24 wirkende Reaktions­ druck bzw. die Reaktionskraft, wird über die Antriebswelle 26 mittels des Lastdetektors 38 als waagerechte Schubkraft erfaßt bzw. gemessen. Dies heißt mit anderen Worten, daß der Lastdetektor 38 feststellt, ob der Bohrkopf 24 an der Ortsbrust 100 gegen den Boden mit einem Druck gedrückt wird, der größer als der aktive Erddruck und kleiner als der passive Erddruck ist, oder nicht. Wenn beispielsweise der Druck des Bohr­ kopfes 24 kleiner als der aktive Erddruck wird, ermittelt die elektrische Steuereinrichtung 96 diesen Zustand aufgrund der Signale vom Lastdetektor 38 und steuert eines der Servoven­ tile 88, 90 und 92 mit entsprechenden Signalen an. Wenn beispielsweise das Servoventil 88 mit solchen Signalen ange­ steuert wird, wird die Kolben-Zylinder-Vorrichtung 82 so an­ gesteuert, daß der Steuerarm 76 in dem Sinne verschwenkt wird, daß die Antriebskraft des hydraulischen Motors 32 so geändert wird, daß die Drehung des Bohrkopfes 24 langsamer erfolgt. Dementsprechend wird eine geringere Bodenmenge abgetragen. Da die Vorschubgeschwindigkeit des Schildkörpers 12 dabei jedoch konstant gehalten wird, wirkt jetzt dem Erd­ druck an der Ortsbrust 100 ein hoher Druck des Bohrkopfes 24 entgegen.

Wenn das Servoventil 90 angesteuert wird, wird der Steuerarm 78 so verschwenkt, daß die Geschwindigkeit, mit der der Schildkörper 12 vorgeschoben wird, höher wird, so daß der vom Bohrkopf 24 auf den Boden an der Ortsbrust 100 ausgeübte Druck zu­ nimmt.

Wenn das Servoventil 92 angesteuert wird, wird die Kolben- Zylinder-Einheit 42 so angesteuert, daß die Kolbenstange 44 nach rechts in Fig. 1 verschoben wird, wodurch die Bohr­ scheibe 50 nach rechts in Fig. 2 verlagert wird. Dies hat zur Folge, daß die an der Bohrscheibe 50 befestigten Bohr­ meißel 52 in die Bohrschlitze 48 der Stirnplatte 46 ge­ zogen werden, so daß sie dann ihre zurückgezogenen Stellungen einnehmen, wie dies strichpunktiert in Fig. 3 gezeigt ist. Auf diese Weise wird das Ausmaß, um das die Bohrmeißel 52 vor­ stehen, und somit das Öffnungsmaß der einzelnen Bohr­ schlitze 48 verringert oder zu null gemacht.

Wenn der vom Bohrkopf 24 ausgeübte Druck gegen den Boden an der Ortsbrust 100 den passiven Erddruck übersteigt, wird dieser Zu­ stand über den Lastdetektor 38 und somit von der elektrischen Steuereinrichtung 96 erfaßt, die ein beliebiges der Servo­ ventile 88, 90 oder 92 ansteuert, um entweder die Drehung des Bohrkopfes 24 oder die Schubkraft am Schildkörper 12 oder das Öffnungsmaß der Bohrschlitze 48 in zur vorstehend erläuterten Weise entge­ gengesetzter Weise einzustellen.

Durch Steuerung der Drehung des Bohrkopfes 24, der Schubkraft für den Schildkörper 12 oder des Öffnungsmaßes der Bohr­ schlitze 40 in gewünschter Weise kann die abgetragene Boden- bzw. Gesteinsmenge erhöht oder verringert werden und es wird da­ für gesorgt, daß der Bohrkopf 24 gegen den Boden an der Ortsbrust 100 mit einem Druck gepreßt wird, der größer als der aktive Erddruck, jedoch kleiner als der passive Erd­ druck ist, so daß der Tunnel gegraben werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Ortsbrust 100 einstürzt.

Fig. 4 zeigt eine Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine 100 gemäß einer zweiten Aus­ führungsform der Erfindung. Elemente, die Elementen der er­ sten Ausführungsform gleichen oder entsprechen, sind bei der zweiten Ausführungsform mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Antriebswelle 26 verläuft durch eine hydraulische Vorpreßeinrichtung in Form eines Zylinders 112, der an der hinteren Wand des Getriebes 28 befestigt. Der im Zylinder 112 angeordnete Abschnitt der Antriebswelle 26 weist ei­ nen Flansch 114 auf, der die Funktion eines Kolbens im Zylin­ der 112 erfüllt. Der Flansch 114 der Antriebswelle 26 teilt im hinteren Abschnitt des Zylinders 112 eine Zylinderkammer 116 ab, die über eine Druckflüssigkeitsleitung 118 mit einer hydrau­ lischen Servoeinrichtung 120 in Verbindung steht. Durch Zu­ fuhr von Druckflüssigkeit in die Zylinderkammer 116 im Zy­ linder 112 wird der Bohrkopf 24 gegen die Ortsbrust 100 gedrückt.

Das hintere Ende der Antriebswelle 26 tritt hinten, d. h. rechts in Fig. 4, aus dem Zylinder 112 aus. Am hinteren Ende der Antriebswelle 26 ist eine Kolben-Zylinder-Einheit 42 an­ gebracht, die der Kolben-Zylinder-Einheit 42 des ersten Aus­ führungsbeispieles gleicht. Die Kolbenstange 44 verläuft in Längsrichtung durch eine mittige Bohrung in der Antriebswelle 26 und endet am Bohrkopf 24. Der Bohrkopf 24, die Kolbenstan­ ge 44 und die Verbindung zwischen diesen Elementen sind auf gleiche Weise ausgebildet wie in Fig. 2.

Hinter der Kolben-Zylinder-Einheit 42 ist am Schildkörper 12 eine weitere Kolben-Zylinder-Einheit 122 befestigt, zu der eine Kolbenstange 124 gehört, deren eines Ende am Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit 42 befestigt ist, die zum Ein­ stellen des Öffnungsmaßes der Bohrschlitze 48 dient. Die Kolben-Zylinder-Einheit 122 dient als Detektorvorrichtung und hat die Aufgabe, das Ausmaß der Verschiebung des Bohrkopfes 24 relativ zum Schließkörper 12 festzustellen. Der Bohrkopf 24 ist so angeordnet und ausgebildet, daß er in Axialrichtung unabhängig vom Vorschub des Schildkörpers 12 verschoben werden kann. Die Kolben-Zylinder- Einheit 122 bildet somit einen Stellungsdetektor für die Stellung bzw. die Verschiebestrecke des Bohrkopfes 24. Die Zylinder­ kammer der Kolben-Zylinder-Einheit 122 ist durch eine Druck­ flüssigkeitsleitung 126 ähnlich wie die Kolben-Zylinder-Ein­ heit 42 mit der hydraulischen Servoeinrichtung 120 verbunden.

Der hydraulische Motor 32, die Kolben-Zylinder-Einheit 42 und die zum Schildvortrieb dienenden Pressenzylinder 66 der Schildvortriebs-Tun­ nelbaumaschine 110 sind über Leitungen 134, 136 und 138 sowie über Ventile 128, 130 und 132 mit Regelpumpen bzw. variablen Pumpen 140, 142 und 144 verbunden. Diese Regelpumpen sind an die hydraulische Servoeinrichtung 120 angeschlossen, so daß die Menge und der Druck der gelieferten hydraulischen Druck­ flüssigkeit durch hydraulische Signale von der hydraulischen Servoeinrichtung 120 gesteuert wird. Da bei der Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine 110 der Bohrkopf 24 ge­ trennt vom Schildkörper 12 ist, kann am Bohrkopf 24 ein Bodengegendruck wirken, der vom Vorschub des Schildkörpers unabhängig ist. An die Zylinderkammer 116 im Zylinder 112 ist ein solcher vorgegebener Druck angelegt, daß der Bohrkopf 24 gegen die Ortsbrust 100 mit einem Druck drückt, der größer als der aktive Erddruck, jedoch kleiner als der passive Erddruck ist. Damit dieser Zustand aufrecht gehalten wird, d. h. damit ein solcher Druck in der Zylinder­ kammer 116 herrscht, muß entweder die Vortriebsgeschwindig­ keit des Schildkörpers 12 oder die Bohrgeschwindigkeit des Bohrkopfes 24 oder müssen beide Geschwindigkeiten so ge­ steuert werden, daß sie miteinander syn­ chronisiert werden können. Die Steuerung der Geschwindigkeit bzw. der Geschwindigkeiten erfolgt nach dem Verfahren, wie es in Verbindung mit der Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine gemäß Fig. 1 erläu­ tert wurde. Dies heißt genauer, daß eine der drei Einfluß­ größen, nämlich die Drehung des Bohrkopfes 24, das Öffnungs­ maß der einzelnen Bohrschlitze 48 und die Vortriebsgeschwindig­ keit des Schließkörpers 12, so gesteuert wird, daß der Bohrkopf 24 normalerweise eine bestimmte Relativstellung bezüglich des Schildkörpers 12 beibehält; der Bohrkopf 24 kann nämlich relativ zum Schildkörper 12 eine solche Stellung einnehmen, daß er gegen den Boden an der Ortsbrust 100 mit dem vorstehend angegebenen Druck drückt.

Wenn der Boden an der Ortsbrust 100 Steine oder Kies enthält, müssen die Bohrschlitze 48 ein vorgegebenes Öffnungsmaß haben. Ferner soll die Bohrgeschwindigkeit der Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine ei­ nen vorgegebenen Wert einhalten, da die Vorschubgeschwindig­ keit der Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine unregelmäßig wird, wenn diese angefahren oder angehalten wird. In diesen Fällen wird die Menge des abgetragenen Bodens allein durch entsprechende Steuerung der Drehung des Bohrkopfes 24 verringert oder ver­ größert.

Bei der Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine 110 gemäß der zweiten Ausführungs­ form handelt es sich um eine Maschine mit indirekter Steue­ rung auf der Grundlage einer gewissen Verschiebung des Bohr­ kopfes 24 relativ zum Schildkörper 12. Insofern liegt ein Unter­ schied zur Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine 110 gemäß Fig. 1 vor, bei der di­ rekt der Druck des Bohrkopfes 24 gegen den Boden gesteuert wird. Die Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine gemäß der zweiten Ausführungs­ form ermöglicht es, den Bohrkopf 24 gegen die Brust mit gleich­ mäßigem und gleichbleibendem Druck zu pressen.

Alternativ kann der Verschiebeweg des Bohrkopfes 24 relativ zum Schildkörper 12 direkt gesteuert werden, indem die Differenz zwischen der Vorschubgeschwindigkeit des Schildkörpers 12 und der Aushub- bzw. Abtraggeschwindigkeit des Bohrkopfes 24 zugrun­ degelegt wird. Bei der Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine 150 gemäß Fig. 5 ist dieses Verfahren realisiert.

Die in Fig. 5 gezeigte Schildvortriebs-Tunnel­ baumaschine 150 weist einen Arm 152 auf, der am hinteren Ende der Antriebswelle 26 so angebracht ist, daß sich die Antriebs­ welle 26 relativ zum Arm drehen kann. Die Antriebswelle 26 ver­ läuft durch den Zylinder 112 einer Kolben-Zylinder-Einheit, die dazu dient, den Bohrkopf 24 gegen die Ortsbrust zu drücken. Zum hydraulischen Motor 32, mittels dessen die Antriebswelle 26 angetrieben wird, gehört ein Stellglied bzw. Hebel 154 zur Steuerung der Drehzahl des Motors 32. Das obere Ende des Hebels 154 ist mittels einer zur Antriebswelle 26 parallel verlaufenden Stange 156 mit dem Arm 152 verbunden.

Wenn angenommen wird, daß die abgetragene Bodenmenge zu groß ist, wird der Bohrkopf 24 mit einer Geschwindigkeit vorge­ schoben, die größer als die Vorschubgeschwindigkeit des Schildkörpers 12 ist, so daß der Bohrkopf 24 relativ zum Schild­ körper 12 um eine Strecke a vorgeschoben wird, wobei die An­ triebswelle 26 nach links in Fig. 5 verlagert wird. Dies führt dazu, daß der Hebel 154 von der Stange 156 verschwenkt wird und dadurch die Drehzahl des hydraulischen Motors 32 senkt. Da der Schildkörper 12 jedoch in der Regel mit kon­ stanter Geschwindigkeit vorgeschoben wird, wird dadurch der Bohrkopf 24, der um die Strecke a vorgeschoben worden war, in seine ursprüngliche Stellung zurückgebracht, während gleichzeitig die Drehzahl des hydraulischen Motors 32 erhöht wird.

In Fig. 6 ist eine Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine 160 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine 160 ist derart ausgebildet, daß bei ihr selbsttätig das Öffnungsmaß der Bohrschlitze 48 in Abhängig­ keit von der Verschiebung des Bohrkopfes 24 relativ zum Schildkörper 12 gesteuert wird. Am hinteren Ende der Antriebs­ welle 26 ist ein nach unten verlaufender Arm 162 derart an­ gebracht, daß die Antriebswelle 26 relativ zum Arm 162 gedreht werden kann. Die Antriebswelle 26 verläuft durch den Zylinder 112 der Kolben-Zylinder-Einheit, die dazu dient, den Bohrkopf 24 ge­ gen die Ortsbrust zu pressen. Ein Stell- bzw. Verbindungsglied 164 ist mit seinem einen Ende am Schildkörper 12 und mit seinem anderen Ende am Ende einer Stange 166 schwenkbar angelenkt, die mit ihrem anderen Ende am Arm 162 angelenkt ist und parallel zur Antriebswelle 26 verläuft. Mit dem Verbindungsglied 164 ist gelenkig das freie Ende der Stange 44 verbunden, die zum Ein­ stellen des Öffnungsmaßes der Bohrschlitze 48 dient und durch die mittige, in Längsrichtung verlaufende Bohrung in der Antriebswelle 26 verläuft.

Während mit der vorstehend beschriebenen Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine 160 gearbeitet wird, liegt am Zylinder 112 ein bestimmter Druck an, damit der Bohrkopf 24 gegen die Ortsbrust 100 mit einem Druck gepreßt wird, der größer als der aktive Erddruck, je­ doch kleiner als der passive Erddruck ist. Wenn dann an der Ortsbrust 100 eine relativ größere Bodenmenge abgetragen wird, wird der Bohrkopf 24 mit höherer Geschwindigkeit vorgeschoben als der Schildkörper 12, so daß der Bohrkopf 24 relativ zum Schild­ körper 12 verlagert wird und dadurch auch die Antriebswelle 26 nach links in Fig. 6 verschoben wird, wodurch das Verbindungsglied 164 verschwenkt wird. Dies hat zur Folge, daß die Stange 44 in der mittigen Bohrung um eine Strecke verschoben wird, die proportional zur Verschiebung der Antriebswelle 26, d. h. proportional zu der Strecke a ist. Wegen der Relativbewegung zwischen der Stange 44 und der Antriebswelle 26 wird dabei die Stange 44 etwas aus dem hinteren Ende der Antriebswelle 26 herausgezogen. Dies hat zur Folge, daß die Bohrmeißel 52 in die zugehörigen Bohrschlitze 48 der Stirnplatte 46 zu­ rückgezogen werden, so daß das Öffnungsmaß der einzelnen Bohrschlitze 48 kleiner wird. Die vom Bohrkopf 24 abgetragene Ma­ terialmenge wird dadurch kleiner, so daß die Bohrgeschwindig­ keit sinkt und der Bohrkopf 24 in eine vorbestimmte Stellung re­ lativ zum Schildkörper 12 zurückkehrt.

Claims (5)

1. Schildvortriebsverfahren mit einer Schildvortriebs-Tun­ nelbaumaschine, die einen drehbaren Bohrkopf und einen Schildkörper aufweist, wobei der Boden an der Ortsbrust mittels einer Stützflüssigkeit abgestützt und der Bohrkopf an der Ortsbrust mit einem Anpreßdruck gegen den Boden ge­ preßt wird, der größer als der aktive Erddruck ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stützflüssigkeit auf einen Druck eingestellt wird, der im wesentlichen gleich dem Druck des Grundwassers an der Ortsbrust ist,
daß der Anpreßdruck des Bohrkopfes (24) an der Ortsbrust auf einen Wert eingestellt wird, der kleiner als der pas­ sive Erddruck ist, und
daß der Anpreßdruck des Bohrkopfes (24) bei Änderung der Bodenbeschaffenheit an der Ortsbrust durch Steuerung der Drehzahl des Bohrkopfes (24) und/oder der Vorschubgeschwin­ digkeit des Schildkörpers (12) und/oder des Abstandes des Bohrkopfes (24) von der Schildschneide und/oder des Öff­ nungsmaßes der Bohrschlitze (48) auf diesem Wert gehalten wird.

2. Schildvortriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf den relativ zum Schildkörper (12) verschiebbaren Bohrkopf (24) an der Ortsbrust mittels einer hydraulischen Preßvorrichtung (112) ein konstanter Anpreß­ druck aufgebracht wird, daß die Relativposition zwischen dem Bohrkopf (24) und dem Schildkörper (12) erfaßt wird und daß bei einer Abweichung der erfaßten Relativposition von einer vorbestimmten Relativposition die Abweichung durch die Steuerung der Betriebsparameter der Tunnelbaumaschine kompensiert wird.

3. Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit
einem Schildkörper,
einer im Inneren des Schildkörpers angeordneten Trennwand, einem Bohrkopf, der drehbar an der Trennwand gelagert ist, mehrere Bohrschlitze aufweist und gegen die Ortsbrust preßbar ist,
einer Einrichtung zum Zuführen einer Druckflüssigkeit in einen Raum zwischen der Trennwand und dem Bohrkopf,
einer Einrichtung zum Vorschieben des Schildkörpers,
einer Antriebseinrichtung zum drehenden Antreiben des Bohr­ kopfes,
einer Stelleinrichtung zum Einstellen des Öffnungsmaßes der Bohrschlitze und
einer Steuereinrichtung zur Steuerung von Betriebsparame­ tern der Tunnelbaumaschine,
gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (38) zur Ermittlung des Anpreßdruckes des Bohrkopfes (24) an der Ortsbrust,
einen Komparator (96) zum Feststellen von Abweichungen des ermittelten Anpreßdruckes des Bohrkopfes (24) vom vor­ gegebenen Anpreßdruck, dessen Signale bei Abweichungen an die Stellvorrichtung zur Regelung der Drehzahl des Bohr­ kopfes (24) und/oder der Vorschubgeschwindigkeit des Schildkörpers (12) und/oder des Abstandes des Bohrkopfes (24) von der Schildschneide und/oder des Öffnungsmaßes der Bohrschlitze (48) zur Kompensierung der Abweichungen abge­ geben werden.

4. Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, mit
einem Schildkörper,
einer im Inneren des Schildkörpers angeordneten Trennwand, einem Bohrkopf, der drehbar an der Trennwand gelagert ist und mehrere Bohrschlitze aufweist,
einer Einrichtung zum Zuführen einer Druckflüssigkeit in einen Raum zwischen der Trennwand und dem Bohrkopf,
einer Vorpreßeinrichtung zum Anpressen des Bohrkopfes gegen den Boden an der Ortsbrust unter einem Anpreßdruck,
einer Einrichtung zum Vorschieben des Schildkörpers,
einer Antriebseinrichtung zum drehenden Antreiben des Bohr­ kopfes,
einer Stelleinrichtung zum Einstellen des Öffnungsmaßes der Bohrschlitze und
einer Steuereinrichtung zur Steuerung von Betriebsparame­ tern der Tunnelbaumaschine,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorpreßeinrichtung (112) des relativ zu dem Schildkörper axial verschiebbaren Bohrkopfes (24) auf einen im wesentlichen konstanten Anpreßdruck gegen den Boden ein­ stellbar ist,
daß eine Steuereinrichtung (120; 152, 154, 156; 162, 164, 166) zum Feststellen von Abweichungen der Relativposition zwischen dem Bohrkopf (24) und dem Schildkörper (12) von einer vorbestimmten Relativposition vorgesehen ist und
daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die zur Kompensierung von Abweichungen Steuerbefehle an die Einrichtung zum Vor­ schieben des Schildkörpers und/oder an die Antriebseinrich­ tung (32) des Bohrkopfes und/oder an die Stelleinrichtung (42, 44) zur Steuerung der Betriebsparameter Vorschubge­ schwindigkeit des Schildkörpers (12) und/oder des Abstandes des Bohrkopfes von der Schildschneide und/oder des Öff­ nungsmaßes der Bohrschlitze (48) abgibt.

5. Schildvortriebs-Tunnelbaumaschine nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zumindest ein mechanisch mit dem Bohrkopf (24) gekoppeltes Stellglied (154; 164) umfaßt, das auf die Vorpreßeinrichtung (66) und/oder auf die Antriebseinrichtung (32) und/oder auf die Stelleinrichtung (42, 44) einwirkt und das als Folge der Verschiebung des Bohrkopfes (24) relativ zu dem Schildkör­ per (12) direkt verstellbar ist.