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Verfahren zum Ausbau von unterirdischen Hohlräumen, insbesondere von Tunneln
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausbau von unterirdischen Hohlräumen, insbesondere von Tunneln.
Bei der Herstellung von Tunneln wird üblicherweise so vorgegangen, dass nach dem Ausbruch des Tunnels das Traggewölbe eingebaut wird.
Diese Traggewölbe, welche üblicherweise aus Beton bestehen, sollen dem auftretenden Gebirgsdruck dauernd standhalten, jedoch hat die Erfahrung gezeigt, dass dies häufig nicht der Fall ist Nach einiger Zeit traten Risse und Sprünge im Gewölbe auf und es wurden sogar des öfteren Teile des Gewölbes durch den Gebirgsdruck eingedrückt oder abgeschert, so dass oft grössere Strecken der Tunnel unter sehr hohem Kostenaufwand neu ausgebaut bzw. abgestützt werden mussten. Auch dann war aber keine Gewähr gegeben, dass diese neu ausgebauten Strecken nunmehr endgültig sicher waren.
Es wurde auch schon vorgeschlagen, den Tunneln zunächst provisorisch durch eine Holz- zimmerung auszusteifen, die erst nach Beruhigung des Gebirges entfernt und durch die endgültige Ausmauerung ersetzt wird. Dieses Verfahren ist jedoch kostspielig und umständlich, da die für die Herstellung und den Abbau der Zimmerung aufgewendete Arbeit praktisch verloren ist. Ausserdem behindert die Zimmerung durch Einengung des Arbeitsraumes die Einbringung des festen Traggewölbes.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, diese Nachteile zu vermeiden und besteht im wesentlichen darin, dass die Wandungen des Hohlraumes zunächst durch einen einem Gebirgsdruck nachgebenden schwachen Ausbau abgestützt werden, worauf nach Abflauen des Gebirgsdruckes der endgültige Ausbau durch Anbringung einer druckfesten Auskleidung an der Innenfläche des zuerst aufgebrachten nachgiebigen Ausbaues erfolgt. Auf analoge Weise können im Rahmen der Erfindung auch andere unterirdische Hohlräume, z. B. Schachte usw., deren Wandungen einem Gebirgsdruck ausgesetzt sind, ausgebaut werden.
Die Erfindung geht hiebei von der Feststellung aus, dass der Gebirgsdruck nach einer bestimmten Zeit, welche je nach dem Material des Gebirges verschieden It, abnaut und sogar gegebenenfalls zu einem Gleichgewichtszustand gelangt. Eine Erklärung hiefür wird an Hand der Fig. 1-4 der Zeichnung gegeben. Fig. 1 zeigt einen Tunnelquerschnitt, während Fig. 2,3 und 4 Diagramme der Verteilung des Gebirgsdruckes im Horizont des Tunnels darstellen.
Vor dem Ausbruch ist der Gebirgsdruck, wie das Diagramm nach Fig. 2 zeigt, gleichmässig verteilt, wobei das Mass a den gleichförmig verteilten lotrechten Gebirgsdruck andeutet. An der Stelle, an welcher der Tunnel 1 vorgetrieben wird (s. Fig. 1), wird nun das Gefüge gestört. Die ooerhalb des Hohlraumes 1 stehende Gebirgssäule b lastet nun aber nicht bzw. nur zu einem geringen Masse auf der Firste des Tunnels. Der Druck dieser Gebirgssäule b überträgt sich auf die Zonen c zu beiden Seiten des Hohlraumes, so dass dort eme Druckerhöhung stattfindet, wie das Mass d in Fig. 3 zeigt. Unter diesem lotrechten Druck sucht nun das Material in der Zone c langsam seitlich, d. h. waagrecht, auszuweichen und druckt mit grosser Gewalt gegen die Seitenwände des Tuc- : 1els.
Von dieser Erkenntnis ausgehend, wird'nun gemäss der Erfindung dem Gebirge durch einen nachgiebigen Ausbau des Tunnels od. dgl. die Möglichkeit gegeben, gegen den Hohlraum des Tunnels zu auszuweichen. Durch verhältn1s- mässig kleine Verschiebungen wird nun die Druckspitze d im Laufe einer gewissen Zeitspanne abgebaut, so dass die in Fig. 4 dargestellte Spannungsverteilung entsteht. Wenn auch bei st : mechtem und bröckelndem Material unter Umständen ein Gleichgewichtszustand durch das Hilfsgewölbe allein nicht eintritt, so wird doch nach einer gewissen Zeit die Druckspitze d ausgeglichen und der Druck auf ein solches Niveau gesenkt, drus dieser durch den endgültigen Ausbau des Tunnels gefahrlos aufgenommen werden kann.
Das nachgiebige Gewölbe wird somit je nach dem Material des Gebirges in grösserem oder geringerem Masse deformiert, so lange bis ein Ausgleich des Gebirgsdruckes teilweise oder zur Gänze erfolgt ist. Hierauf kann dann in einfacher Weise ein Traggewölbe eingezogen werden, welches den endgültigen Ausbau bildet und durch den Gebirgsdruck nicht mehr gefährdet ist.
Die Deformationen des nachgiebigen Hilfsgewölbes, welche im allgemeinen einige Zentimeter betragen, sind leicht mess-und kontrollier-
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bar, so dass durch Messungen die Intensität des Gebirgsdruckes und später das Eintreten des Gleichgewichtszustandes festgestellt und auf diese Weise die Bemessung des Traggewölbes sowie der Zeitpunkt für den Einbau desselben bestimmt werden kann. Dies wird im allgemeinen noch während der Bauperiode des Tunnels erfolgen, jedoch kann gegebenenfalls, wenn der Ausgleich des Gebirgsdruckes längere Zeit erfordert, auch der endgültige Ausbau zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt werden.
Bei günstigem Gebirgsmaterial ist es möglich, dass stellenweise das Hilfsgewölbe auslangt, um dem geringen Gebirgsdruck auf die Dauer standzuhalten, was durch Messungen ohne weiteres festgestellt werden kann, und es ist in einem solchen Falle möglich, auf den Ausbau durch ein Traggewölbe zur Gänze zu verzichten. In allen Fällen bietet die erfindungsgemässe Massnahme, zuerst einen nachgiebigen Ausbau des Tunnels vorzunehmen, die Möglichkeit, durch Messungen den Gebirgsdruck genau zu kontrollieren und nach Massgabe der Deformation des Hilfsgewölbes den endgültigen Ausbau zu bemessen. Der nachgiebige Ausbau kann von einem Hilfsgewölbe aus Beton von geringer Stärke und der endgültige Ausbau von einem das Hilfsgewölbe unterstützendem Traggewölbe aus Beton oder Stahlbeton gebildet werden.
Die Erfindung bietet somit einerseits den Vorteil einer weitgehenden Materialersparnis, da sie die Möglichkeit gibt, den Ausbau des Tunnels nur in der erforderlichen Stärke vorzunehmen, und gewährleistet anderseits eine volle Betriebssicherheit des Tunnels ohne spätere kostspielige
Reparaturarbeiten.
Die meist erforderliche Isolierung kann vor
Einziehen des Traggewölbes am Hilfsgewölbe festgelegt werden, so dass sie zwischen Hilfs- gewölbe und Traggewölbe liegt. Hiebei können die Isolierfolien in einfacher Weise an der glatten
Innenfläche des Hilfsgewölbes leicht festgeklebt werden und sind keinen Beschädigungen aus- gesetzt. Ein wesentlicher Vorteil ergibt sich überdies daraus, dass, wenn die Isolierfolien erst nach Erreichung des Gleichgewichtszustandes angebracht werden, die Gefahr einer Beschädigung durch Bewegungen bzw. Deformationen aus- geschaltet ist.
Ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren ausgebauter Tunnel ist im wesentlichen durch ein Gewölbe von geringerer Stärke und ein zumindest stellenweise in dieses Gewölbe ein- gezogenes zweites Gewölbe gekennzeichnet.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles schematisch erläutert.
Wie bereits erwähnt, zeigt Fig. 1 den Querschnitt eines Tunnels in einem Gebirge, während Fig. 2 das Diagramm der Druckverteilung vor dem Ausbruch des Tunnels, Fig. 3 das Diagramm der Druckverteilung knapp nach dem Ausbruch des Tunnels und Fig. 4 das Diagramm der Druckverteilung nach einer gewissen Zeit bei Erreichung eines Gleichgewichtszustandes darstellt. Fig. 5 zeigt nun den Querschnitt durch einen nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Tunnel.
Nach dem Ausbruch des Tunnels 1 wird ein verhältnismässig schwaches Hilfsgewölbe 2 aus Beton eingezogen. Die Sohle 3 des Tunnels wird unmittelbar in der endgültig erforderlichen Stärke hergestellt. Nach einer gewissen Zeit, wenn durch Messungen der Deformation des Hilfsgewölbes 2 das Abflauen des Gebirgsdruckes oder das Eintreten eines Gleichgewichtszustandes festgestellt wird, wird das Traggewölbe 4 gleichfalls unter Zuhilfenahme einer entsprechenden Schalung betoniert bzw. in das Hilfsgewölbe 2 eingezogen. Zu diesem Zwecke ist die Sohle 3 mit Ansätzen 5 zur Abstützung des Traggewölbes 4 ausgebildet. Durch Messung der Deformation des Hilfsgewölbes 2 kann die für das Traggewölbe 4 erforderliche Stärke der Stahlbewehrung bestimmt werden, so dass das Traggewölbe 4 entsprechend bemessen werden kann.
Falls bei günstigerem oder gutem Gebirge eine Deformation des Hilfsgewölbes 2 nicht festzustellen ist, kann auf das Einbringen von Stahleinlagen im Traggewölbe 4 völlig verzichtet oder dieses Traggewölbe 4 ganz weggelassen werden.
Zwischen dem Hilfsgewolbe 2 und dem Traggewölbe 4 ist eine Isolierung 6 vorgesehen, welche von an der Innenfläche des Hilfsgewölbes 2 festgelegten Folien aus Metall oder anderen
Stoffen oder gegebenenfalls von einem Anstrich gebildet ist. An Stelle der Ausbildung des Hilfsgewölbes aus Beton und des Traggewölbes aus Beton oder Stahlbeton können gegebenenfalls auch andere Konstruktionen der Gewölbe An- wendung finden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Ausbau von unterirdischen Hohlräumen, insbesondere von Tunneln, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen des Hohl- . aumes zunächst durch einen einem Gebirgsdruck nachgebenden schwachen Ausbau abgestützt werden, worauf nach Abflauen des Gebirgsdruckes der endgültige Ausbau durch Anbringung einer druckfesten Auskleidung an der Innenfläche des zuerst aufgebrachten nachgiebigen Ausbaues erfolgt.