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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung von Schnittgrössen in vorzugsweise aus Spritzbeton hergestellten Tunnelauskleidungen mit Hilfe von Messbalken.
Als Auskleidung von bergmännisch vorgetriebenen Tunnels werden häufig Spritzbetonschalen vorgesehen.
Solche Auskleidungen sind so zu dimensionieren, dass die einwirkenden Gebirgs- und Wasserdrücke mit hinreichender Sicherheit aufgenommen werden können. Die Dimensionierung kann entweder aufgrund von Berechnungen oder empirisch erfolgen. In beiden Fällen müssen die getroffenen Annahmen durch Baustellenmessungen begründet oder überprüft werden. Hiebei sind in erster Linie die in der Auskleidung wirkenden Schnittgrössen wie Druckkräfte und Biegemomente von Interesse.
Zur Messung dieser Schnittgrössen wurden bisher z. B. gemäss"27 Forschung + Praxis", S. 129 bis 136 wahlweise einzelne Kraftmessdosen, Drucksonden und Dehnungsgeber in die Auskleidung eingebaut. Die Gewinnung von einwandfreien Messergebnissen wird insbesondere bei durch Spritzbetonschalen gebildeten Tunnelauskleidungen dadurch erschwert, dass im Material der Auskleidungen Eigenspannungen wirksam sind, welche in der gleichen Grössenordnung liegen wie die durch die Messung zu bestimmenden Lastspannungen.
Desweiteren ist es problematisch, aus den gemessenen Dehnungen Spannungen im Material der Auskleidung zu errechnen, da der hiezu benötigte, zeitlich veränderliche Elastizitätsmodul des Materials im allgemeinen nicht bekannt ist. Ausserdem ist die Gefährdung der Messgeräte durch das Aufbringen des Materials, insbesondere Spritzbetons gross.
Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst nun in Ausräumung der vorgenannten Nachteile die Aufgabe, die bei der Herstellung der Tunnelauskleidung entstehenden Eigenspannungen in ihrer Einwirkung auf die Messgeräte auszuschalten und eine Gefährdung der Messgeräte beim Aufbringen des Auskleidungsmaterials auszuschliessen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach der Erfindung dadurch, dass der Messbalken in einer die Tunnelauskleidung in ihrer ganzen Dicke unterbrechenden Ausnehmung angeordnet ist, so dass die in der Tunnelauskleidung wirksamen Kräfte und Momente voll auf dem Messbalken zugeordnete Messgeräte übertragbar sind, wobei bei Anordnung mehrerer Messbalken die Abstände zwischen den Ausnehmungen vorbestimmt sind.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass im Auskleidungsmaterial entstehende Eigenspannungen nicht auf die Messvorrichtung Einfluss nehmen können und somit eindeutige Messergebnisse erzielt werden. Wenn die Messgeräte in einer abgeschlossenen Kammer mit zur Tunnelseite abnehmbarem Abdeckblech untergebracht sind, ist besonders wirksam sichergestellt, dass diese Geräte überhaupt nicht mit dem Auskleidungsmaterial in Berührung kommen und jederzeit vom Tunnel aus abgelesen, gewartet oder ausgewechselt werden können.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht jeder Messbalken in an sich bekannter Weise aus zwei Längsträgern, die durch lastübertragende Träger miteinander verbunden sind. Das ist vorteilhaft, weil die Lastträger die in der Tunnelauskleidung wirksamen Druckkräfte und Biegemomente übertragen. Diese können durch Dehnungsmessungen zuverlässig bestimmt werden, ohne dass diese Ergebnisse durch Eigenspannungen oder mangelnde Kenntnis des Elastizitätsmoduls verfälscht werden.
Eine weitere Ausgestaltung besteht darin, dass zwischen den lastübertragenden Trägern spannungsfreie Bleche angeordnet sind. Deren Vorteil besteht darin, dass mit ihrer Hilfe Kompensationsmessungen vorgenommen werden können.
Nach einer weiteren Ausgestaltung sind zwischen den beiden Längsträgem Abdeckbleche angeordnet, wobei zur Verhinderung einer Kraftübertragung die Auflagefugen durch ein wasserbeständiges elastisches Mittel abgedichtet sind. Die Abdeckbleche dienen dazu, die Messbalken gegen jeglichen äusseren Angriff zu schützen und dadurch die Messgenauigkeit unter allen Umständen zu sichern. Da ohne besondere Vorkehrungen ein Wassereintritt nicht ausgeschlossen werden kann und auch eine Kraftübertragung möglich wäre, was die Messergebnisse verfälschen könnte, erfolgt die Abdichtung durch ein solches Mittel.
Weiter sind die Messgeräte in dem durch die Längsträger und die Abdeckbleche gebildeten Hohlraum angeordnet. Dadurch ergibt sich eine geschützte Anordnung der Messgeräte an einer für die Messung günstigen Stelle.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Messgeräte von der Tunnelseite aus nach Abnehmen des hohlraumseitigen Abdeckbleches frei zugänglich sind. Damit wird eine laufende Überwachung und Wartung der Messgeräte ermöglicht.
Wenn nach einem letzten Merkmal der Erfindung der Hohlraum des Messbalkens mit Beton oder einem anderen Baustoff verfüllt ist, wird die Festigkeit der Tunnelauskleidung trotz des Einbaus der Messbalken nicht beeinträchtigt.
Es ist aus der FR-PS 23 06 441 bekannt, die Spannungen im Baugrund zu messen. Dies erfolgt mittels eines Messrohres, das in den Baugrund eingemörtelt oder einbetoniert wird. Demgemäss wird auch die Spannung abseits vom Bauwerk und nicht in diesem selbst gemessen. Das Messrohr dient als Ersatz für einen Anker und ist daher aus den beiden Hälften einer längs aufgeschnittenen runden Stahlstange gebildet, in die eine Nut eingearbeitet ist, die die Messstreifen aufnimmt. Nach dem Einbringen derselben werden die beiden Hälften wieder zu einem einzigen untrennbaren Teil verschweisst, das die äussere Form des Ankers aufweist und denselben Kräften und Spannungen unterworfen ist wie dieser. Ein Hinweis auf einen Tunnel ist so zu verstehen, dass der Anker nicht in die Tunnelwand, sondern daneben eingebaut wird.
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Nach der US-PS 36 03 141 wird zur Messung von Deformationen in der Wandung eines Behälters aus Spannbeton die Wandung radial durchbohrt. In diese Bohrung wird ein Rohr mit zwei Erweiterungen eingebaut und in diese je zwei sich kreuzende ovale Ringe mit Kanten in Form einer Messerschneide eingelegt. Diese haben ein bekanntes Mass an Verformung. Zur Messung derselben wird in diese Erweiterung von aussen ein Gerät zur Messung des Kalibers eingeführt, das die Verformung der Ringe misst. Auch ist eine Dauermessung möglich.
Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den nachstehenden Erläuterungen der Zeichnung.
Es zeigen Fig 1 einen Querschnitt des Tunnels mit in die durch eine Spritzbetonschale bebildete Tunnelauskleidung eingebaute Messbalken, Fig. 2 einen Längsschnitt des Tunnels nach Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt des eingebauten Messbalkens nach der Linie (III-III) der Fig. 5, Fig. 4 einen Querschnitt des eingebauten Messbalkens nach der Linie (IV-IV) der Fig. 5 und Fig. 5 einen Längsschnitt des Messbalkens nach der Linie (V-V) der Fig. 3.
Die in Fig. 1 im Querschnitt dargestellte, durch eine Spritzbetonschale gebildete Tunnelauskleidung (9) weist vier auf dem Umfang gleichmässig verteilte und diametral einander gegenüberliegende Messbalken (1) auf.
Jeder Messbalken (1) besteht dabei aus zwei mit Abstand einander gegenüberliegenden Längsträgern (11), die durch Lastträger (2) miteinander verbunden sind, wie insbesondere aus den Fig. 3 und 4 zu erkennen ist. Die Lastträger (2) übertragen die in der Tunnelauskleidung (9) wirksamen Druckkräfte und Biegemomente. Diese können durch Dehnungsmessungen zuverlässig bestimmt werden. Die Messergebnisse werden dabei nicht durch Eigenspannungen oder durch mangelnde Kenntnis des Elastizitätsmoduls verfälscht. Parallel zu den Lastträgern (2) sind spannungsfreie Bleche (3) vorgesehen, mit deren Hilfe Kompensationsmessungen vorgenommen werden können.
Die Länge des Messbalkens (1) wird zweckmässig etwa durch eine Abschlagslänge bestimmt. Eventuell vorhandene Stollenbögen (8) sind durch den oder die Messbalken (1) unterbrochen und mit diesem bzw. diesen kraftschlüssig verbunden. Somit ist es möglich, auch die zusätzliche Kraftaufnahme durch die Stollenbögen (8) zu messen.
Die Steifigkeit des Messbalkens (1) in Richtung des Tunnelumfangs wird so festgelegt, dass diese in etwa der Steifigkeit der ungestörten Auskleidung gleichkommt.
Der Hohlraum (10) des Messbalkens ist durch Abdeckbleche (4, 5) abgeschlossen. Eine Kraftübertragung durch diese Bleche (4,5) ist durch die Anordnung einer Fuge (6) vermieden, welche durch eine dauerelastische Masse wasserdicht verschlossen ist. Auf diese Weise wird gleichzeitig ein Eindringen von Grund- oder Gebirgswasser in den Tunnel durch den Messbalken (1) hindurch verhindert. Messgeräte (7), welche bereits in der Werkstatt in den Messbalken (1) eingebaut werden können, liegen in dem durch die Abdeckbleche (4,5) geschaffenen Hohlraum (10) und sind somit gegen Beschädigung geschützt.
Das tunnelseitige Abdeckblech (5) ist abnehmbar. Die Messgeräte (7) sind somit bei Bedarf zur Kontrolle, Auswechslung und zur Demontage nach Abschluss der Messungen zugänglich. Der Messbalken (1) selbst verbleibt in der Spritzbetonschale (9). Der Hohlraum (10) kann bei Bedarf mit Beton verfüllt werden.
PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zur Messung von Schnittgrössen in vorzugsweise aus Spritzbeton hergestellten Tunnelauskleidungen mit Hilfe von Messbalken, dadurch gekennzeichnet, dass der Messbalken (1) in einer die Tunnelauskleidung in ihrer ganzen Dicke unterbrechenden Ausnehmung angeordnet ist, so dass die in der Tunnelauskleidung wirksamen Kräfte und Momente voll auf dem Messbalken zugeordnete Messgeräte (7) übertragbar sind, wobei bei Anordnung mehrerer Messbalken die Abstände zwischen den Ausnehmungen vorbestimmt sind.