BE1015837A3

BE1015837A3 - Gesegmenteerde bekleding voor tunnel met kleine diameter.

Info

Publication number: BE1015837A3
Application number: BE2002/0550A
Authority: BE
Inventors: Paul Kips
Original assignee: Smet Tunnelling
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2005-10-04

Description

Gesegmenteerde bekleding voor tunnel met kleine diameter.

Deze uitvinding heeft betrekking op een samenstel van een gesegmenteerde bekledingsring voor een tunnelwand en een inrichting voor het aanbrengen van de bekledingsring volgens de aanhef van de eerste conclusie.

Deze uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een tunnel, op een gesegmenteerde bekledingsring als onderdeel van het samenstel, en op de inrichting voor het aanbrengen van een bekledingsring tegen een tunnelwand als onderdeel van het samenstel.

Een veel gebruikte techniek voor het bekleden van tunnels met een kleine diameter, d. w.z. een diameter van 200-4000 mm, maakt gebruik van een geperste buis, waarbij de alsmaar in lengte toenemende buizenstreng samen met het boorschild doorheen de grond wordt voortgeduwd.

Deze bekende techniek heeft echter het nadeel dat bij toenemende lengte van de buizenstreng, de wrijvingskracht toeneemt. Met toenemende lengte van de buizenstreng en afhankelijk van de aard van de grond waarin de tunnel wordt gemaakt is er een risico dat de wrijvingskracht zodanig toeneemt dat de beschikbare perskracht voor het verplaatsen van de buizenstreng onvoldoende is om de wrijvingskracht te overwinnen, en vaak ook dat de buissterkte onvoldoende wordt ten gevolgde waarvan de buis in elkaar kan stuiken. Bij bepaalde grondsoorten zoals bijvoorbeeld klei, is de toename van de wrijving reeds over kleine afstanden aanzienlijk, zodat de limieten van de techniek al bereikt worden na een korte boorlengte.

Bij een andere bekende techniek wordt de tunnel gedolven door middel van een boorschild, dit is een cilindervormige mantel waarin zich een inrichting bevindt voor het delven en verwijderen van de grond. Tegen de wand van het vers gedolven tunnel deel, dus vlak achter de mantel van het boorschild, wordt zo snel mogelijk een tunnelbekleding aangebracht. De tunnelbekleding kan bijvoorbeeld vervaardigd zijn uit gesegmenteerde ringen, spuitbeton, extrusiebeton enz.

Indien er een ernstig risico is op het ineenstuiken van de aarde, wordt de tunnelbekleding reeds binnen de bescherming van de mantel van het boorschild gemonteerd en wordt bij het vooruit verplaatsen van de mantel tussen de bekleding en de tunnelwand bijvoorbeeld mortel of een ander vulmateriaal geïnjecteerd.

Wat betreft de tunnelbekleding: één van de gebruikelijke technieken is deze van de gesegmenteerde ringen. De individuele ringen zijn in segmenten verdeeld om toe te laten dat ze doorheen de reeds geboorde tunnel naar voren tot aan het boorschild verplaatst kunnen worden. Voor het monteren van de segmenten tegen de tunnelwand of binnen de bescherming van de schildmantel, wordt meestal gebruik gemaakt van een erector die zich in het achterste deel van de mantel van het boorschild bevindt. De bekende erector heeft het nadeel dat het een complex en omvangrijk toestel is dat niet geschikt is voor gebruik in tunnels met kleine diameter. De praktijk heeft bovendien uitgewezen dat het opnemen en plaatsen van de segmenten door de bekende erector een tijdrovende bezigheid is.

De segmenten moeten namelijk één voor één doorheen het voorste deel van de tunnel verplaatst worden tot aan het boorschild, en daar gedraaid of gekanteld worden tot ze de geschikte oriëntatie hebben voor montage tegen de tunnelwand. Daarbij komt dat bij de bewerkingen van de erector menselijke interventie nodig is, waarvoor in tunnels met kleine diameter onvoldoende ruimte beschikbaar is.

Het doel van deze uitvinding bestaat erin een oplossing te verschaffen voor het probleem van de tijdrovende en

gecompliceerde montage van de gesegmenteerde ringen van een tunnelbekleding, in het bijzonder bij kleine tunneldiameters.

Dit wordt volgens deze uitvinding bereikt met de technische maatregelen van het kenmerkend deel van de eerste conclusie.

Het samenstel van deze uitvinding omvat een gesegmenteerde bekledingsring voor het bekleden van een tunnelwand en een inrichting voor het aanbrengen van de bekledingsring. De inrichting omvat een verplaatsbaar onderstel voor het verplaatsen van de bekledingsring naar de plaats in de tunnel waar de bekledingsring moet worden aangebracht. De langsrichting van de inrichting strekt zich in langsrichting van de tunnel uit.

De inrichting bevat middelen voor het ondersteunen van een gesegmenteerde bekledingsring, in het bijzonder middelen voor het ondersteunen van eerste bovenste segment, middelen voor het ondersteunen van een tweede en derde segment die aan tegenover elkaar liggende zijden in langsrichting van het eerste segment zijn aangebracht, en verplaatsingsmiddelen voor het verplaatsen van het eerste, tweede en derde segment vanaf het onderstel in de richting van de tunnelwand.

Door de bekledingsring in segmenten onder te verdelen die op het onderstel worden opgenomen en die kantelbaar zijn ten opzichte van elkaar, wordt een compact geheel verschaft dat in zijn geheel verplaatsbaar is, doorheen tunnels met een diameter die kleiner is dan de diameter van de bekledingsring.

De compacte opstelling wordt met name bereikt doordat het eerste bovenste segment samen met het tweede en derde segment een centrale ruimte insluiten voor het opnemen van een vierde en vijfde segment, die respectievelijk kantelbaar verbonden zijn met een zijde van het tweede segment tegenover de met het eerste segment verbonden zijde, en met een zijde van het derde segment tegenover de met het eerste segment verbonden zijde.

De uitvinding wordt verder toegelicht aan de hand van de bijgevoegde figuren en figuurbeschrijving.

Figuur 1 toont een boorschild voor het boren van een tunnel met achter het boorschild een bekledingsring.

Figuur 2 is een zicht op de inrichting voor het aanbrengen van een gesegmenteerde bekledingsring tegen een tunnelwand.

Figuur 3 is een zicht op de inrichting voor het aanbrengen van een gesegmenteerde bekledingsring.

Figuur 4 toont in stappen, de werkwijze voor het aanbrengen van een gesegmenteerde bekledingsring in een tunnel.

De in figuur 1 en 2 getoonde inrichting voor het aanbrengen van een bekledingsring tegen een tunnelwand omvat een verplaatsbaar onderstel 11, dat achter het boorschild 24 is opgesteld. Voor het verschaffen van de verplaatsbaarheid is het onderstel 11voorzien van wielen 19, die gemonteerd zijn op in de hoogte instelbare vijzels 22, die toelaten oneffenheden in de tunnel tijdens het verplaatsen van het onderstel, op te vangen en te compenseren. De vijzels 22 verschaffen tevens de mogelijkheid het onderstel in de hoogte te verplaatsen, in de richting van de bovenkant van de tunnel en assisteren op die wijze bij het aanbrengen van de gesegmenteerde bekledingsring.

Het in figuur 1 en 2 getoonde onderstel omvat een rechthoekig kader 26 waarop aan de onderkant de vijzels 22 bevestigd zijn. Op de bovenkant van het onderstel 11 zijn een tweede en derde kader 27,28 gemonteerd, die zich ten opzichte van het onderstel 11 in hoogterichting uitstrekken voor het ondersteunen van een eerste, bovenste segment 1 van de gesegmenteerde bekledingsring 10. Indien gewenst kunnen additionele kaders worden toegevoegd. De ondersteuning voor het eerste segment 1 kan verder iedere bij de vakman bekende, geschikte vorm aannemen.

In langsrichting van het onderstel 11 beschouwd, zijn aan tegenovergestelde zijden een eerste en tweede rotatie-as 18', 18" voorzien waarop ten minste een eerste en tweede vijzel 17', 17" zijn geplaatst. In de getoonde uitvoeringsvorm zijn vier vijzels voorzien, twee aan elke kant van het onderstel 11.

In langsrichting van het onderstel 11 beschouwd, zijn aan tegenovergestelde zijden van het onderstel 11, op het tweede en derde kader 27,28, middelen voorzien voor het opnemen van uiteinden van een eerste en tweede scharnier 32,33. Deze middelen vormen in feite een geleiding voor het geleiden van de verplaatsing van de scharnieren in de richting van de bovenkant van de tunnel. Deze scharnieren verzekeren de scharnierbare verbinding tussen respectievelijk het eerste en tweede 1,2 en het eerste en derde segment 1,3. De scharnieren zijn bij voorkeur in hoogterichting van het onderstel verplaatsbaar. In de praktijk wordt dit gerealiseerd doordat ze verbonden zijn met de vijzels 17', 17".

De eerste vijzel 17' is verbonden met de scharnierende verbinding tussen het eerste en tweede segment 1,2, en de tweede vijzel 17" is verbonden met de scharnierende verbinding tussen het eerste en derde segment 1,3.

In de getoonde uitvoeringsvorm vormen de scharnieren de eerste en tweede ondersteuning 14', 15 voor het ondersteunen van respectievelijk het eerste en tweede segment 1, 2, en de ondersteuning van het eerste en derde segment (14", 16). De scharnierbare opstelling maakt het mogelijk dat het tweede en derde segment 2,3 van de bekledingsring ingeklapt ten opzichte van de tunnel gehouden worden zodat een compacter geheel wordt verkregen.

Bij voorkeur is de bekledingsring 10 in ten minste vijf segmenten onderverdeeld. Aan tegenover elkaar liggende zijden in langsrichting van een eerste bovenste segment 1 zijn een tweede en derde segment 2,3 kantelbaar met het eerste segment 1 verbonden. Het eerste, tweede en derde segment 1, 2, 3 sluiten een centrale ruimte 6 in

voor het opnemen van een vierde segment 4 dat verbonden is met een zijde 24 van het tweede segment 2 tegenover de met het eerste segment verbonden zijde 21, en een vijfde segment 5 dat verbonden is met een zijde 35 van het derde segment 3 tegenover de met het eerste segment verbonden zijde 31. Ook het vierde en vijfde segment 4,5 zijn bij voorkeur kantelbaar ten opzichte van respectievelijk het tweede en derde segment 2, 3 opgesteld.

Deze kantelbare opstelling maakt het mogelijk het vierde en vijfde segment in de centrale binnenruimte 6 op te nemen en een compact geheel te verschaffen zonder echter dat dit ten koste gaat van de noodzakelijke ruimte voor het opnemen van leidingen, kabels enz.

De symmetrische ophanging van het gesegmenteerde bekledingselement op het onderstel laat toe gebruik te maken van een relatief licht onderstel.

Bij het aanbrengen van de bekledingsring worden het vierde en vijfde segment naar buiten geklapt tot zij samen met de overige segmenten nagenoeg de omtrek van een ring vormen. Dit wordt getoond in figuur 4.

Voor het naar binnen geklapt houden van het vierde en vijfde segment 4,5 zijn middelen voorzien. Deze middelen omvatten bijvoorbeeld een touw, dat geleid is over een eerste en tweede katrol geplaatst op de rotatie-as 18', 18". Het touw is verbonden met de vrije zijden van het vierde en vijfde segment, die liggen tegenover de zijden aanliggend aan het tweede en derde segment. Door het vieren van de touwen worden het vierde en vijfde segment verplaatst in de richting van de bodem van de tunnel. Het vierde segment is bij voorkeur scharnierend verbonden met het tweede segment, het vijfde segment is bij voorkeur scharnierend verbonden met het derde segment. Dit kan bereikt worden door vast met de segmenten verbonden scharnieren of door middel van losneembare scharnieren.

In een voorkeursuitvoeringsvorm hebben aanliggende zijden 11,21, 13,31, 24,42, 35,53 van aanliggende

segmenten een complementair oppervlak om een betere aansluiting te garanderen en toe te laten oneffenheden in de tunnelwand op te vangen.

De complementaire oppervlakken zijn bij voorkeur uitgevoerd als een hol oppervlak waarin het complementaire bolle oppervlak past om de scharnierbaarheid van de segmenten ten opzichte van elkaar te verbeteren en het optreden van puntcontacten tegen te gaan. Het bolle oppervlak heeft bij voorkeur een kromtestraal (Rb) die kleiner is dan de kromtestraal (Rh) van het holle oppervlak om scharnieren van aanliggende segmenten ten opzichte van elkaar toe te laten. Het scharnieren wordt verder vergemakkelijkt door de contactoppervlakken van aanliggende segmenten te bekleden met een laag van een elastisch materiaal, bijvoorbeeld kunststof, bijvoorbeeld bitumen. Tegelijkertijd wordt het risico op insijpelend water verminderd.

De lengte van de segmenten wordt bij voorkeur ingesteld rekening houdend met de doorsnede of diameter van de tunnel.

Indien de tunnel een omtrek Ot heeft (in doorsnede beschouwd), wordt de lengte van het eerste, tweede, derde, vierde en vijfde segment (I1,I2,I3,I4,I5) in omtrekrichting van de bekledingsring zodanig gekozen dat de som van deze lengten kleiner is dan de omtrek Ot van de tunnel. Dit heeft voor gevolg dat tussen het vierde en vijfde segment 4,5 in een volledig ontvouwen toestand een open ruimte 7 blijft, waarin een sluitstuk geplaatst kan worden om een maximale aanpasbaarheid van de grootte van de bekledingsring aan de tunneldoorsnede toe te laten.

De uitvinding heeft verder betrekking op een gesegmenteerde bekledingsring als onderdeel van het hierboven beschreven samenstel en op een inrichting voor het aanbrengen van een bekledingsring tegen een tunnelwand als onderdeel van het hierboven beschreven samenstel.

Afhankelijk van de aard van de grond waarin de tunnel vervaardigd wordt, kunnen verschillende werkwijzen gebruikt worden voor het aanbrengen van de bekleding.

In het geval van cohesieve, samenhangende grond met minimale grondwaterdrang, kan de tunnelbekleding rechtstreeks in contact met de grond geplaatst worden. Het sluiten van de segmenten kan gebeuren door gebruik van een wigvormige sluitsteen of bijvoorbeeld een stempel of ieder ander bij de vakman bekend middel dat in de opening geplaatst wordt.

In het geval van min of meer cohesieve, niet samenhangende grond met minimale grondwaterdrang, kan de tunnelbekleding geplaatst worden binnen de bescherming van de mantel van het boorschild. Tijdens het naar voren verplaatsen van de schildmantel wordt de gesegmenteerde ring ge xpandeerd tot tegen de tunnelwand. Het expanderen gebeurt bij voorkeur door middel van een spansysteem. Na opspannen van de bekleding tegen de wand worden n of meer stempels in de spanopening geplaatst, waarna het spansysteem verwijderd kan worden.

In het geval van onsamenhangende grond al dan niet met grondwaterdrang, wordt zoals algemeen bij de vakman bekend is, de tunnelbekleding bij voorkeur geplaatst binnen de bescherming van de schildmantel die deel uitmaakt van het boorschild, en wordt de ruimte tussen de tunnelwand en de bekledingsringen opgevuld door het injecteren van bijvoorbeeld mortel. De tunnelbekledingsringen zijn in dit geval voorzien van dichtingsprofielen in rubber, waarbij de ring gesloten wordt door een wigvormig bekledingselement.

De werkwijze voor het aanbrengen van een bekledingsring 10 tegen een tunnelwand 20 wordt getoond in figuur 4 en kan als volgt beschreven worden. Het onderstel met de daarop gemonteerde bekledingsring zoals getoond in figuur 2, worden doorheen de tunnel verplaatst naar de locatie waar een bekleding gewenst is. Het eerste segment 1 wordt in de richting van de bovenkant van de tunnel verplaatst door de vijzels 22 in de hoogte te verplaatsen tot het eerste segment 1 de wand nagenoeg raakt (fig. 2a-b). Vervolgens wordt het tweede segment 2

in de richting van de tunnelwand verplaatst door middel van protrusies die op de rotatie-as 18' gemonteerd zijn, naar de tunnelwand te roteren (fig. 2ce). Het vierde segment wordt naar buiten geklapt door het bevestigingstouw te vieren via de op de rotatie-as 18 gemonteerde katrol, tot het tegen de tunnelwand rust.

Op dezelfde wijze worden het derde en vijfde segment tegen de tunnelwand geplaatst (fig. 2 f-i). De opening die tussen het vierde en vijfde segment resteert wordt opgevuld met een sluitstuk 23 om de segmenten zo optimaal mogelijk tegen de wand te laten sluiten (fig. 2j).

De hierboven beschreven bekledingsring bevat vijf segmenten. Het is echter mogelijk additionele segmenten toe te voegen indien dat te verkiezen is rekening houdend met de praktische omstandigheden.

Claims

CONCLUSIES.

1. Een samenstel van een gesegmenteerde bekledingsring (20) voor een tunnelwand en een inrichting voor het aanbrengen van de bekledingsring (10), gekenmerkt doordat de inrichting (10) een verplaatsbaar onderstel (11 ) omvat met een langsrichting die zich in langsrichting van de tunnel uitstrekt, middelen (14) voor het ondersteunen van een eerste bovenste segment (1) van de gesegmenteerde bekledingsring (10), middelen (15,16) voor het ondersteunen van een tweede en derde segment (2,3) aan tegenover elkaar liggende zijden (12,13) in langsrichting van het eerste segment (1), verplaatsingsmiddelen (17) voor het verplaatsen van het eerste, tweede en derde segment vanaf het onderstel (11) in de richting van de tunnelwand.

2. Samenstel volgens conclusie 1, gekenmerkt doordat de middelen voor het ondersteunen van het eerste en tweede segment (14,15) een eerste en tweede ondersteuning (14', 15) bevatten die scharnierbaar met elkaar verbonden zijn, en de middelen (14,16) voor het ondersteunen van het eerste en derde segment een derde en vierde ondersteuning (14", 16) bevatten die scharnierbaar met elkaar verbonden zijn.

3. Samenstel volgens conclusie 1 of 2, gekenmerkt doordat de verplaatsingsmiddelen (17) ten minste een eerste en tweede vijzel (17', 17") omvatten die roteerbaar om een rotatie as (18', 18") zijn opgesteld, waarbij de eerste vijzel (17') verbonden is met de scharnierende verbinding tussen het eerste en tweede segment (1,2), en de tweede vijzel (17") verbonden is met de scharnierende verbinding tussen het eerste en derde segment (1,3).

4. Samenstel volgens één der conclusies 1-3, gekenmerkt doordat de verplaatsingsmiddelen van het onderstel (11) wielen (19) omvatten die gemonteerd zijn op in de hoogte instelbare vijzels (22). <Desc/Clms Page number 11>

5. Samenstel volgens één der conclusies 1-4, gekenmerkt doordat de bekledingsring (20) in ten minste vijf segmenten is onderverdeeld, waarbij aan tegenover elkaar liggende zijden in langsrichting van een eerste bovenste segment (1), een tweede en derde segment (2,3) kantelbaar met het eerste segment (1) verbonden zijn, waarbij het eerste, tweede en derde segment (1, 2,3) een centrale ruimte (6) insluiten voor het opnemen van een vierde segment (4) dat verbonden is met een zijde (24) van het tweede segment (2) tegenover de met het eerste segment verbonden zijde (21), en een vijfde segment (5) dat verbonden is met een zijde (35) van het derde segment (3) tegenover de met het eerste segment verbonden zijde (31), waarbij het vierde en vijfde segment (4,5) kantelbaar ten opzichte van respectievelijk het tweede en derde segment (2,3) zijn opgesteld.

6. Samenstel volgens conclusie 5, gekenmerkt doordat de rotatie as (18',18") voorzien is van middelen (23) voor het verplaatsen van het vierde en vijfde segment (4,5) vanuit de binnenruimte (6) in de richting van de tunnelwand.

7. Samenstel volgens conclusie 6, gekenmerkt doordat het tweede en vierde en derde en vijfde segmenten scharnierend met elkaar verbonden zijn.

8. Samenstel volgens conclusie 7, gekenmerkt doordat aanliggende zijden (11,21, 13, 31) van aanliggende segmenten een complementair oppervlak hebben.

9. Samenstel volgens conclusie 8, gekenmerkt doordat aanliggende zijden (11, 21, 13, 31, 24, 42, 35,53) van aanliggende segmenten respectievelijk een hol en een bol oppervlak hebben, waarbij het bolle oppervlak een kromtestraal (Rb) heeft die kleiner is dan de kromtestraal (Rh) van het holle oppervlak.

10. Samenstel volgens één der conclusies 5-9, gekenmerkt doordat de tunnel in dwarsrichting een omtrek Ot heeft en het eerste, tweede, derde, vierde en vijfde segment (1,2,3,4,5) in omtrekrichting <Desc/Clms Page number 12> van de ring een lengte (I1,I2,I3,I4,I5) hebben, en doordat de som van de lengten 11,12,13,14,15 van de segmenten kleiner is dan de omtrek Ot van de tunnel zodat tussen het vierde en vijfde segment (4,5), in een volledig ontvouwen toestand een open ruimte (7) blijft.

11. Samenstel volgens conclusie 10, gekenmerkt doordat de bekledingsring (20) verder een tussenstuk (8) omvat voor het opvullen van de open ruimte (7) en het klemmen van de bekledingsring (20) in dwarsrichting in de tunnel.

12. Samenstel volgens één der conclusies 1-11, gekenmerkt doordat aanliggende zijden van aanliggende segmenten (11, 21,13, 31,24, 42,35, 53) ten minste gedeeltelijk bekleed zijn met een elastische bekledingslaag (9), die bij voorkeur is uitgevoerd in kunststof.

13. Gesegmenteerde bekledingsring als onderdeel van het samenstel van conclusies 1-12.

14. Inrichting voor het aanbrengen van een bekledingsring tegen een tunnelwand als onderdeel van het samenstel van één der conclusies 1-12.