DE3220382A1

DE3220382A1 - Schildtunnelmaschine und materialfoerdereinrichtung dafuer

Info

Publication number: DE3220382A1
Application number: DE19823220382
Authority: DE
Inventors: Shoji Osaka Nishida; Tadao Yoshikawa
Original assignee: Hitachi Shipbuilding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Kanadevia Corp
Priority date: 1981-06-15
Filing date: 1982-05-29
Publication date: 1983-01-27
Also published as: ATA230682A; JPS57202493U; GB2100319A; US4456304A; DE3220382C2; AT374566B; JPS627759Y2; FR2507674A1; GB2100319B; FR2507674B1

Description

Schildtunnelmaschine und Materialfördereinrichtung dafür

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schildtunnelmaschine zum Ausgraben von Tunnels in Erdfundamenten und insbesondere eine Materialfördereinrichtung zur Benutzung in einer Schi!dtunnel maschine.

Eine bereits bekannte Material fördereinrichtung zur Benutzung in Schildtunnelmaschinen enthält ein röhrenförmiges Gehäuse, das horizontal angeordnet ist und eine Druckkammer, die vom Schildmantel gebildet ist, und die in Verbindung mit einem Bereich mit Atmosphä'rendruck im Schildmantel steht, mit einer äußeren Drehwelle, die drehbar innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und die mit einem Materialförderschraubenblatt an ihrem äußeren Umfang versehen ist, und mit einer inneren Drehwelle, die drehbar innerhalb der äußeren Drehwelle angeordnet ist und die einen Vorsprung aufweist, der sich durch ein Ende der äußeren Drehwelle in die Druckkammer erstreckt, wobei der WeI lenvorsprung mit einem Materialknetschraubenblatt versehen ist. Die innere und äußere Drehwelle und die Schraubenblätter bilden einen

Schneckenförderer. Die äußere Drehwelle ist drehbar in

einem Bereich im Gehäuse gelagert, während das vordere Ende der inneren Drehwelle drehbar im Rotationszentrum eines Bohrkopfs gelagert ist, der vor der Druckkammer angeordnet ist, wobei der Schneckenförderer in einer bestimmten Position gehalten wird, wie er durch die zwei Punkte gelagert 1st.

Mit dieser Materialfördereinrichtung kann das Material, das vom Bohrkopf gegraben wird und in die Druckkammer eintritt, wirksam durch das Knetschraubenblatt mit in die Druckkammer eingespritztem Schlamm geknetet werden, wodurch folglich der innere Druck in der Kammer aufgebaut wird und den vorausliegenden Boden an Zusammenfallen hindert. Jedoch ist die ,beschriebene Anordnung in der Freiheit der Konstruktion beschränkt, da der Schneckenförderer horizontal mit seinem vorderen Ende im Rotationszentrum des Bohrkopfs angeordnet werden muß. Weiter enthält die Anordnung, worin das Fördererende im Bohrkopf gelagert ist, der völlig unabhängig vom Förderer drehangetrieben 1st, mechanische Probleme. Wenn der Schildmantel nur einen kleinen Durchmesser hat, besteht das Bedürfnis, die Materialfördereinrichtung zu neigen, so daß ein Materialauswurfförderer aa Ende der Einrichtung angeordnet werden kann. Dies führt zu dem Problem, daß dann der Bohrkopf ebenfalls geneigt werden muß, so daß er senkrecht zu den zwei Drehwell en des Schneckenförderers steht. Der erwähnte Schlamm dient dazu, dem Material eine Gleitfähigkeit zu geben, seine Scherkraft zu vermindern und die Zwischenräume zwischen den Erdpartikeln aufzulockern.

Im Hinblick auf die oben genannten Probleme ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Materialfördereinrichtung für eine Schildtunnelniasctiine zu schaffen, die mit mehr Freiheit konstruiert werden kann, die frei von Problemen im mechanischen Aufbau ist und die geeignet ist, wirksam ein Zusammenfallen „des Bodens durch ein wirksames Kneten der ausgegrabenen Erde zu verhindern.

Um diese Aufgabe zu erfüllen, schlägt die vorliegende

Erfindung eine Material fördereinrichtung für eine Schildtunnelmaschine vor mit einem röhrenförmigen Gehäuse, das einen Einlaß für ausgegrabenes Material am einen Ende und einen verschließbaren Auslaß für ausgegrabenes Material am anderen Ende enthält, mit einer äußeren, hohlen Drehwelle, die drehbar innerhalb des Gehäuses angeordnet ist und die mit Materialförderblattmitteln auf ihrem äußeren Umfang versehen ist, wobei die Drehwelle drehbar im Gehäuse in der Nähe des vorgenannten einen Endes mit einem ringförmigen Teil rund um die Blattmittel gelagert ist, und mit einer inneren Drehwelle, die sich drehbar durch die äußere Drehwelle erstreckt, und die einen Vorsprung aufweist, der sich durch das eine Ende der äußeren Drehwelle und durch den Materialeinlaß des Gehäuses erstreckt und der WeIlenvorsprung mit Materialknetblattmitteln versehen ist.

Mit der oben beschriebenen Einrichtung bilden die innere und äußere Drehwelle, die Materialförderblattmittel und die Materialknetblattmittel einen Schneckenförderer, der an einem Punkt mit dem ringförmigen Teil im Gehäuse gelagert ist und mit einem anderen Punkt an einer passenden Stelle (die jedoch in Bezug auf die Erfindung unerheblich ist) ebenfalls am Gehäuse gelagert ist. So ist der Förderer völlig unabhängig von anderen rotierenden Teilen (z. B. dem Bohrkopf) der Tunnelnaschine gemacht, so daß die Materialfördereinrichtung mit einer größeren Freiheit konstruiert werden kann, ohne die Wahrscheinlichkeit von mechanischen Schwierigkeiten beim Einbau in eine Schildtunnelmaschine.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das ringförmige Teil in einer ringförmigen Vertiefung, die in das Gehäuse eingeformt ist angeordnet und ist drehbar durch ein Lager, das in der Vertiefung montiert ist, gehalten.

Wo das ringförmige Teil, wenn es von der inneren Oberfläche des Gehäuses vorstehen würde, den Transport von Material erschweren würde, sind diese Schwierigkeiten vermeidbar, wenn das ringförmige Teil in die ringförmige

Vertiefung passend eingesetzt ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schildtunnelmaschine zu schaffen, die mit einer Materialfördereinrichtung der vorbeschriebenen Konstruktion ausgerüstet ist.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands nach dem Hauptanspruch zum Inhalt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispieleri mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen.

Es zeigen
20

Fig. 1 eine Ansicht im Längsschnitt, die eine Schildtunnelmaschine mit einer konventionellen Materialfördereinrichtung zeigt,

Fig. 2 die Ansicht eines Längsschnitts, der eine Schildtunnelmaschine mit einer Materialfördereinrichtung gemäß der Erfindung zeigt,

Fig. 3 e*ine vergrößerte Teilansicht eines Schnitts gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen der axialen Länge eines ringförmigen Teils und der

Höhe eines Schraubenblatts veranschaulicht,

Fig. 5 eine Ansicht im Längsschnitt, die eine modifizierte Ausführung der Anbringung eines Schraubenblatts an einer Welle zeigt,

Fig. 6 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie I-1 aus Fig. 5,

Fig. 7 eine Ansicht im Längsschnitt, die eine modifizierte Ausführung der Anbringung des ringförmigen Teils am Schaft zeigt,

Fig. 8 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie H-II aus Fig. 7.

Vor der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung werden die Konstruktion und die Probleme einer konventionellen Materialfördereinrichtung mit Bezug auf Fig. beschrieben.

Gemäß Fig. 1 ist ein Bohrkopf 2 drehbar an einem Ende eines Schildmantels 1 montiert, der in seinem Inneren eine Druckkammer 3 unmittelbar hinter dem Bohrkopf 2 und ein Abteil 4 mit Atmosphä'rendruck hinter der Druckkammer 3 enthält. Eine Materialfördereinrichtung 5 ist horizontal angeordnet und stellt die Verbindung zwischen der Druckkammer 3 und dem Abteil 4 «it Atmosphä'rendruck her. Die Einrichtung 5 umfaßt eine äußere, hohle Drehwelle 6, die drehbar innerhalb eines röhrenförmigen Gehäuses angeordnet ist, ein Materialförderschraubenblatt 7, das am äußeren Umfang der Welle 6 angebracht ist, eine innere Drehwelle 8, die drehbar in der äußeren Welle 6 gelagert ist und einen Vorsprung, der sich aus der Welle in die Druckkammer 3 erstreckt, und ein Naterialknetschraubenblatt 9, das am Vorsprung der Welle 8 angebracht ist. Die äußere Welle 6 ist am einen Ende am röhrenförmigen Gehäuse gelagert, während die innere Welle 8 mit ihrem vorspringenden Ende im Rotationszentrum des Bohrkopfs 2 gelagert ist, wobei der Schneckenförderer 6, 7, 8 und 9 in einer bestimmten Position gehalten ist.

Ein Förderer ist mit 10 bezeichnet, durch den das von der

Einrichtung 5 ausgeworfene Material zu einen geeigneten Ort transportiert wird.

Wie bereits beschrieben, ist die Materialfördereinrichtung 5 im oben beschriebenen Aufbau in der Freiheit der Konstruktion beschränkt und enthält mechanische Schwierigkeiten, da der Schneckenförderer 6, 7, 8 und 9 horizontal mit seinem vorderen Ende im Rotationszentrum des Bohrkopfs 2, der völlig unabhängig vom Förderer drehangetrieben ist, angeordnet werden muß. Weiter besteht das Bedürfnis, wenn der Schildmantel einen kleinen Durchmesser hat, die Einrichtung 5 zu neigen, um den Abstand zwischen dem Boden der Einrichtung 5 und dem Boden des Schildmantels 1, an der Stelle, wo ein Ende des Förderers 10 aufgestellt ist, zu vergrößern. Dies zieht das Problem nach sich, daß der Bohrkopf 2 ebenfalls geneigt werden muß, damit er rechtwinklig zum Schneckenförderer 6, 7, 8 und 9 steht.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun beschrieben, die geschaffen wurde, um die oben beschriebenen Probleme zu Überwinden.

Gemäß der Fig. 2 und 3 ist ein Schildmantel 11, der eine Kontur entsprechend der Form des zu grabenden Tunnels hat, an seinem einen Ende (Vorderende) mit einem Bohrkopf 12 ausgerüstet, der durch eine Antriebseinheit 13 drehbar ist. Eine Druckkammer 14 ist unmittelbar hinter dem Bohrkopf 12 gebildet und ein Abteil 15 mit Atmosphärendruck

ist hinter der Druckkammer 14 vorgesehen. Diese beschriebene Anordnung ist ähnlich der entsprechenden in Fig. 1 beschriebenen Anordnung, aber eine Materialfördereinrichtung 16 steht hier in der geneigten Position.

Die Einrichtung 16 enthält ein röhrenförmiges Gehäuse 17, das fest am Schildmantel 11 gehalten ist und das einen Materialeinlaß, gebildet an einem Ende (Vorderende) ent-

hält, der mit der Druckkammer 14 verbunden ist, und das einen Materialauslaß gebildet am anderen Ende (rückwärtiges Ende) enthält und das mit einem Tor 18 verschließbar ist. Das Tor 1.8 1st durch eine Zylindereinheit 19 beweglich. Eine äußere, hohle Drehwelle 20 ist drehbar innerhalb des Gehäuses 17 angeordnet und mit einem Materialförderschraubenblatt 21 an seinem äußeren Umfang versehen. Die Drehwelle 20 hat einen vorderen Endbereich, der durch ein ringförmiges Teil, das am äußeren Umfang des Schraubenblatts 21 in einem Lager 24 gelagert ist, wobei das Lager 24 in einer ringförmigen Vertiefung 23, die in das Gehäuse 17 geformt ist» eingesetzt ist. Die Welle 20 hat einen hinteren Endbereich, der in einem Lager 25 am Gehäuse 17 gelagert ist. Die Lager 24, 25 sind durch Dichtungen 26, 27 abgedichtet. Die Drehwelle 20 ist mit dem Schraubenblatt 21 durch eine Antriebseinheit 28 am hinteren Ende des Gehäuses über Zahnräder 29, 30 drehangetrieben. Eine innere Drehwelle 31 erstreckt sich drehbar durch die äußere Welle 20 und hat am vorderen Ende einen Vorsprung über das vordere Ende der äußeren Welle hinaus in die Druckkammer 14. Die innere Welle 31 ist in einem Lager 32 am vorderen Ende der äußeren Welle 20 und in einem Lager 33 am hinteren Ende des Gehäuses 17 gelagert. Das Lager 32 ist durch eine Dichtung 34 abgedichtet.

Ein Materialknetschraubenblatt 35 ist am Vorsprung der

inneren Welle 31 angebracht und ist mit der Welle 31 durch eine Antriebseinheit 36 über Zahnräder 37, 38 drehangetrieben. Aus dem folgenden Grund ist es wünschenswert, daß die axiale Ausdehnung des ringförmigen Teils 22 kleiner als die Höhe des Materialförderschraubenblatts 21 ist; Das ringförmige Teil 22 ist mit dem Schraubenblatt 21 verbunden und daher nicht gegenüber dem Schraubenblatt beweglich und der Förderkanalabschnitt A (Fig. 4), der von dem ringförmigen Teil 22 umgeben ist, hat selbst keine Förderfähigkeit. Dementsprechend ist der Anteil von Material, der in den Bereich A gelangt, passiv dadurch vorwärts bewegt, daß er durch einen anderen Teil vom

Material vorwärts geschoben wird, der aus einem unteren Bereich vorwärtsbewegt wird. Wenn jedoch die axiale Ausdehnung des ringförmigen Teils 22 größer als die Ganghöhe (pitch) des Schraubenblatts 21 ist, erstreckt sich das Blatt 21 über eine volle Drehung im Bereich A, so daß der Bereich A völlig abgedichtet durch das Blatt 21 erscheint, wenn er aus der Richtung B, wie in Fig. 4 gezeigt, betrachtet wird. Dies erschwert ernstlich die Vorwärtsbewegung von Material vom Bereich A, mit dem möglichen Ergebnis> daß der Förderer wegen der Stagnation von Material im Bereich A keinen Materialtransport mehr durchführt.

Die Schildtunnelmaschine der vorbeschriebenen Ausführung

arbeitet wie folgt:

Als erstes gräbt der durch die Antriebseinheit 13 angetriebene Bohrkopf 12 den Boden im Frontbereich aus. Das ausgegrabene Material gelangt durch Schlitze im Bohrkopf 12 in die Druckkammer 14. Das Material wird wirksam mit Hilfe des Schraubenblatts 35 geknetet mit Schlamm, der in die Druckkammer 14 durch nichtdargestellte geeignete Maßnahnen eingespritzt wird, wobei die Druckkammer 14 gefüllt wird und der innere Druck aufgebaut wird, so daß wirksam ein Zusammenfallen des Bodens im Frontbereich verhindert wird. Das gleitfähig genacht.e Material (earth) wird danach durch das Gehäuse 17 durch das Förderschraubenblatt 21 transportiert. Während des Transports beeinflußt das ringförmige Teil 22, das in die ringförmige Vertiefung 23 des Gehäuses eingepaßt ist und nicht in den Förderkanal vorsteht, den Fördervorgang nicht. Da weiter die axiale Länge des ringförmigen Teils 22 kleiner als die Höhe des Förderschraubenblatts 21 ist, wird der Transport von Material auf keine Art behindert. Das Material wird schließlich vom Auslaß ausgestoßen und durch einen Förderer 29 weggetragen.

Obwohl das Schraubenblatt 21 in der vorhergehenden Ausführungsforn direkt an der äußer.en Drehwelle 20 angebracht

ist, kann ein schneckenförmiges Schraubenblatt 40 indirekt über Speichen 41, wie in Fig. 5 und 6 gezeigt, angebracht sein.

Weiter kann das ringförmige Teil 22 an der äußeren Drehwelle 20 über Speichen 42, wie aus Fig. 7 und 8 zu ersehen, befestigt sein.

Das Gehäuse 17 kann natürlich in einer horizontalen oder geneigten Position angeordnet sein.

Claims

Patentansprüche

1« Materialfördereinrichtung für eine Schildtunnelmaschine, gekennzeichnet durch

ein röhrenförmiges Gehäuse (17), mit einem Einlaß für ausgegrabenes Material an einem Ende und einem verschließbaren Auslaß für ausgegrabenes Material am anderen Ende,

eine äußere, hohle Drehwelle (20), die drehbar innerhalb des Gehäuses (17) angeordnet ist und mit Materialförderblattmitteln(21) an ihrem äußeren Umfang versehen ist, wobei die Drehwelle (20) drehbar am Gehäuse (17) in der Nähe des einen Endes durch ein ringförmiges Teil, das um die Blattmittel (21) angeordnet ist, gelagert ist,

und eine innere Drehwelle (31), die sich drehbar durch die äußere Drehwelle (20) erstreckt und einen Vorsprung aufweist, der sich durch ein Ende der äußeren Drehwelle (20) und durch den Materialeinlaß des Gehäuses erstreckt, wobei am Wellenvorsprung Materialknetblattmittel (35) angeordnet sind.
2. Materialfördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Teil (22) drehbar in einem Lager gelagert ist, das in einer ringförmigen Vertiefung (23), die im Gehäuse (17) gebildet ist, angeordnet ist.
3. Materialfördereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialförderblattmittel (21) ein Schraubenblatt umfassen und das ringförmige Teil (22) direkt am äußeren Rand des Schraubenblatts (21) angebracht ist.
4. Materialfördereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Teil (22) eine geringere axiale Länge als die Ganghöhe des Schraubenblatts (21) aufweist.
5. Materialfördereinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubenblatt (21) direkt an der äußeren Drehwelle (20) angebracht ist.
6. Materialfördereinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubenblatt (21) an der äußeren Drehwelle (20) über Speichen (41) angebracht ist.
7. Material fördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Teil (22) an der äußeren Drehwelle (20) durch Speichen

(42) angebracht ist.
8. Materialfördereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialknetblattmittel ein Schraubenblatt (35) enthalten.
9. Schildtunnelmaschine, gekennzeichnet durch einen hohlen Schildmantel (11),

einen Bohrkopf (12), der drehbar an einem Ende des Schildmantels angebracht ist,

eine Druckkammer (14), die innerhalb des Schildmantels (H) unmittelbar hinter dem Bohrkopf (12) gebildet ist,

ein Abteil (15) mit Atmosphärendruck, das innerhalb des Schildmantels (11) hinter der Druckkammer (14) gebildet ist,

eine Materialfördereinrichtung (16), die innerhalb des Schildmantels (11) angeordnet ist und die die Verbindung zwischen der Druckkammer (14) und dem Abteil (15) mit Atmosphärendruck herstellt, wobei die Materialfördereinrichtung enthält:

ein röhrenförmiges Gehäuse (17), das einen zur Druckkammer (14) hin offenen Einlaß für gegrabenes Material und einen schließbaren Auslaß für gegrabenes Material aufweist und das mit dem Abteil (15) mit Atmosphärendruck verbunden ist,

eine äußere, hohle Drehwelle (20), die drehbar innerhalb des Gehäuses (17) angeordnet ist und sich etwa über die ganze Länge des Gehäuses (17) erstreckt, und die mit Materialförderblattmitteln (21) an ihrem äußeren Umfang versehen ist, und die drehbar am Gehäuse (17) in der Nähe des Materialeinlasses durch ein

ringförmiges Teil, das um die Blattmittel (21) angebracht ist, gelagert ist,

und eine innere Drehwelle (31), die sich drehbar durch die äußere Drehwelle (20)" erstreckt und die einen Vorsprung aufweist, der sich durch ein Ende der äußeren Drehwelle (20) in die Druckkammer (14) erstreckt, wobei der Wellenvorsprung mit Materialknetblattmitteln versehen ist.