Tunnelschild - Tunnelling shield
Ein Tunnelschild ist ein Schutzbauwerk, das beim Vortrieb großer, künstlicher Tunnel verwendet wird . Beim Ausheben durch weiches, flüssiges oder anderweitig instabiles Erdreich besteht eine potenzielle Gesundheits- und Sicherheitsgefahr für die Arbeiter und das Projekt selbst durch herabfallende Materialien oder einen Einsturz. Als temporäre Stützkonstruktion kann ein Tunnelschild verwendet werden. Es ist in der Regel kurzfristig vom Ausbruch des Tunnelabschnitts bis zur Auskleidung mit einem dauerhaften Tragwerk vorhanden. Die dauerhafte Konstruktion kann je nach Epoche aus Ziegeln, Beton, Gusseisen oder Stahl bestehen. Obwohl moderne schirmt das erste „Schild“, durch ausgelegt allgemein zylindrisch ist, Marc Isambard Brunel , war tatsächlich eine große, rechteckige, gerüstartigen Eisenstruktur mit drei Ebenen und zwölf Abschnitten pro Stufe, mit einer festen Lade -haltige Oberfläche. Die Struktur schützte die Männer vor Einstürzen, während sie darin arbeiteten und den Tunnel vor dem Schild ausgruben.
Geschichte
Der erste erfolgreiche rechteckige Tunnelschild wurde von Marc Isambard Brunel entwickelt und im Januar 1818 von ihm und Lord Cochrane patentiert . Brunel und sein Sohn Isambard Kingdom Brunel nutzten ihn ab 1825 , um den Thames Tunnel auszuheben (der Tunnel wurde jedoch erst 1843 eröffnet) . Brunel soll sich bei seinem Entwurf von der Schale des Schiffswurms inspirieren lassen , einer Molluske, deren Effizienz beim Bohren durch Unterwasserholz er bei der Arbeit in einer Werft beobachtete. Der Schild wurde von Maudslay, Sons & Field of Lambeth, London, gebaut, die auch die Dampfpumpen zur Entwässerung des Tunnels gebaut haben.
Im Jahr 1840 schlug Alfred Ely Beach , Herausgeber der Zeitschrift Scientific American , als erster vor, dass ein kreisförmiges Design dem rechteckigen Design von Brunel überlegen sei. Im Jahr 1868 baute Beach einen runden Schild – ein Bild davon wurde in einem New Yorker Nachrichtenartikel über seine Idee eines pneumatischen Tunnelsystems gedruckt. Das Design basierte auf Brunels Schildgitter und wurde nach vorne geschraubt, während das Gesicht manuell vorrückte.
1864 ließ Peter W. Barlow ein Design mit kreisförmigem Querschnitt patentieren. Theoretisch machte dies den Schild einfacher zu bauen und besser in der Lage, den umgebenden Boden zu stützen; theoretisch, weil noch nie ein Schild mit diesem Design gebaut wurde. Das Barlow-Patent von 1864 wurde weiter verbessert und 1868 vorläufig patentiert, aber nie ratifiziert, da Barlow kurze Zeit später starb.
Brunels ursprüngliches Design wurde von James Henry Greathead wesentlich verbessert , dem drei Patente für verschiedene Schilddesigns erteilt wurden. Darüber hinaus erfand er das Konzept des Spritzbetonmörtels zur Stabilisierung von Erdbauwerken mit Spritzbeton, einer Streuwanne, die hydraulisch Bewehrungsmörtel zwischen die konstruierte Auskleidung und die Tunnelwand injizierte.
Greathead war der erste, der jemals einen zylindrischen Tunnelschild verwendet hat, was er 1870 beim Bau der Tower Subway unter der Themse im Zentrum von London tat . Der Greathead-Schild hatte einen Durchmesser von 7 Fuß 3 Zoll (2,21 m).
Greathead auch ein in der Konstruktion der verwendeten City und South London Railway (heute Teil der Londoner U - Bahn ‚s Northern Linie ) im Jahre 1884, mit Tunnel 10 Fuß 2 Zoll (3,10 m) im Durchmesser. Sein Schild wurde auch beim Fahren des 12 Fuß 1 . verwendet+3 / 4 Zoll (3,702 m) Durchmesser Tunnel für den Lauf Waterloo & City Railway , die im Jahr 1898. Die Station Tunnel in der CityStation eröffnet (heuteBank bekannt) der größte Durchmesser Tunnel Schilde in der Welt waren zu der Zeit, 23 Mess Fuß (7,0 m).
Ein originaler Greathead-Schild, der beim Ausheben der tiefen Londoner U-Bahn-Linien verwendet wurde, bleibt in stillgelegten Tunneln unter der Moorgate-Station .
Die meisten Tunnelschilde basieren immer noch lose auf Greatheads Design.
Manueller Schildvortrieb
Im frühen Schildvortrieb diente der Schild zum Schutz der Arbeiter, die die Ausgrabungen durchführten und den Schild vorwärts bewegten, wobei er nach und nach durch vorgefertigte Abschnitte der Tunnelwand ersetzt wurde. Die frühen tiefen Tunnel für die Londoner U-Bahn wurden auf diese Weise gebaut. Der Schild teilte die Arbeitsfläche in überlappende Abschnitte, die jeder Arbeiter ausheben konnte.
Moderne Tunnelbohrmaschinen
Eine Tunnelbohrmaschine (TBM) besteht aus einem Schild (einem großen Metallzylinder) und nachlaufenden Stützmechanismen.
Am vorderen Ende des Schildes befindet sich ein rotierendes Schneidrad. Hinter dem Schneidrad befindet sich eine Kammer, in der der ausgehobene Boden je nach Art der TBM entweder mit Gülle vermischt (sog. Gülle-TBM) oder so belassen wird (Erddruckwaage oder EPB-Schild). Die Wahl des TBM-Typs hängt von den Bodenverhältnissen ab. Es sind auch Systeme zum Entfernen des Bodens (oder des mit Gülle vermischten Bodens) vorhanden.
Hinter der Kammer befindet sich eine Reihe von hydraulischen Hebern, die vom fertigen Teil des Tunnels getragen werden und zum Vorschieben der TBM dienen. Nach einer gewissen Aushubstrecke (ca. 1,5–2 Meter) wird mit dem Erektor ein neuer Tunnelring gebaut. Der Erektor ist ein rotierendes System, das Betonfertigteile aufnimmt und in die gewünschte Position bringt.
Hinter dem Schild, im Fertigteil des Tunnels, befinden sich mehrere Abstützeinrichtungen, die Teil der TBM sind: Schmutzabfuhr, ggf. Gülleleitungen, Kontrollräume, Schienen für den Transport der Fertigteilstücke etc.
Beschichtung
Die Tunnelauskleidung ist die Wand des Tunnels. Es besteht in der Regel aus Betonfertigteilen, die Ringe bilden. In den Tunneln der Londoner U-Bahn wurden traditionell Gusseisenauskleidungen verwendet , während anderswo manchmal Stahlauskleidungen verwendet wurden. Das Konzept der Verwendung von vorgefertigten Schalungsprofilen ist nicht neu und wurde erstmals 1874 von James Henry Greathead patentiert .
Schilde in Japan
In Japan gibt es mehrere innovative Ansätze für den Schildvortrieb, zB den Double-O-Tube oder DOT-Tunnel.
Dieser Tunnel sieht aus wie zwei überlappende Kreise. Es gibt auch Schilde mit computergesteuerten Armen, mit denen ein Tunnel in praktisch jeder Form gegraben werden kann.
Siehe auch
- Strebbergbau , eine Kohleabbaumethode mit einer Reihe von hydraulischen Schilden