CH696445A5 - Betonelement zum Verkleiden eines Tunnels. - Google Patents

Betonelement zum Verkleiden eines Tunnels. Download PDF

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Aldo Ceresola
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    • E21D11/38Waterproofing; Heat insulating; Soundproofing; Electric insulating

Description


  [0001] Die Erfindung betrifft ein Betonelement zum Verkleiden eines Tunnels gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.

[0002] Solche Betonelemente werden in der Fachsprache auch als "Tübbing" bezeichnet und werden zum Beispiel eingesetzt beim maschinellen Tunnelbau mittels Schildvortrieb. Dabei werden beispielsweise Tunnelbohrmaschinen eingesetzt, die einen Bohrkopf umfassen, hinter dem ein zylindrischer Schild mit einem Schildmantel und einem Schildschwanz angeordnet ist. Der Schild ist von einem kleineren äusseren Durchmesser als der Bohrkopf, sodass kein direkter Kontakt zwischen Tunnelwand und Schild besteht. Wenn die Tunnelbohrmaschine ein bestimmtes Stück vorgetrieben ist, werden im Schildschwanz die Betonelemente am Schildrand positioniert.

   Sie werden entgegen der Vortriebsrichtung an die benachbarten zuletzt angebrachten Betonelemente gepresst und mit diesen verbunden. Mehrere Betonelemente zusammen bilden einen Ring über den ganzen Umfang des Tunnels. Der Spalt zwischen Ring und Tunnelwand wird mit Mörtel gefüllt, z.B. um Setzungen vorzubeugen.

[0003] Diese Art des Tunnelbaus wird unter anderem auch für den Bau von Abwasserleitungen eingesetzt, insbesondere von grösseren Sammelleitungen. Dabei werden, wie bei anderen möglichen Einsatzzwecken auch, erhöhte Anforderungen an die Dichtigkeit der Verkleidung des Tunnels gestellt. Die Verkleidung wird auf der Innenseite so abgedichtet, dass kein Abwasser über die Tunnelwände in den Boden gelangen kann und dass keine aus dem Abwasser aufsteigende Gase die Verkleidung beschädigen können (Korrosion).

   Zur Abdichtung wird beispielsweise während des Tunnelbaus eine sich über einen etwas kleineren Umfang als der innere Umfang der Verkleidungsringe erstreckende Folie mit einem Hilfsmittel (Stützwagen) positioniert, und zwischen Verkleidung und Folie wird Ortbeton eingegossen. Nach dem Aushärten des Ortbetons wird das Hilfsmittel (Stützwagen) wieder entfernt, die Folie ist über den ausgehärteten Ortbeton mit dem Betonelement verbunden. Ein solches Anbringen der Abdichtung erfordert üblicherweise ein Nachverfugen, um eine möglichst vollständige Dichtheit entlang des ganzen Tunnels zu erreichen.

   Eine dichte Verkleidung des Tunnels auf diese Art und Weise herzustellen ist somit sehr zeitintensiv und aufwändig.

[0004] Aufgabe der nachfolgenden Erfindung ist es daher, ein Betonelement zum Verkleiden eines Tunnels vorzuschlagen, bei dessen Verwendung ein Tunnel mit geringerem Aufwand in kürzerer Zeit vollständig abgedichtet ausgeschalt werden kann.

[0005] Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Betonelement zum Verkleiden eines Tunnels gelöst, wie es durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs charakterisiert ist.

   Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Betonelements ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche.

[0006] Insbesondere umfasst das erfindungsgemässe Betonelement vorgefertigt eine mit dem Beton fest verbundene Schutzschicht, welche eine einer konvexen äusseren Oberfläche gegenüberliegende innere Oberfläche abdeckt. Diese Schutzschicht kann beispielsweise eine aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellte Platte sein, insbesondere aus Glasfaserkunststoff hergestellt. Diese dichtet das Betonelement bzw. die aus solchen Betonelementen gebildete Verkleidung ab und schützt beispielsweise im Falle eines Abwasserkanals die Verkleidung vor aggressiven Gasen, die aus dem im Kanal geführten Abwasser aufsteigen können.

   Dadurch, dass das erfindungsgemässe Betonelement mit der Schutzschicht vorgefertigt hergestellt werden kann, wird der Aufwand zur Herstellung einer Verkleidung beim Tunnelbau erheblich reduziert.

[0007] Die Schutzschicht kann mittels mechanischer Verankerung fest im Beton verankert sein, beispielsweise mit Hilfe mechanischer Verankerungselemente. Eine feste Verankerung der Schutzschicht im Beton stellt eine sichere, untrennbare Verbindung der Schutzschicht mit dem Beton dar. Bei einer beispielsweise mit einer mechanischen Verankerung versehenen Schutzschicht kann der Beton bei der Herstellung des Betonelements direkt in die als Gussschale dienende Schutzschicht eingegossen werden, wobei die Verankerung im Beton zu liegen kommt und nach dem Aushärten im Beton verankert ist.

   Dadurch ist eine einfache Herstellung des erfindungsgemässen Betonelements möglich.

[0008] Das Betonelement kann die innere Oberfläche mit der äusseren Oberfläche verbindende Seitenflächen aufweisen, und zwar einerseits Längsflächen, über die mehrere Betonelemente zu einem Ring zusammenfügbar sind, und andererseits Stirnflächen, über die mehrere Betonelemente in axialer Richtung zusammenfügbar sind. Das Betonelement kann eine an den Seitenflächen angeordnete, im Beton fest verankerte Dichtung aufweisen, die dicht mit der Schutzschicht in Verbindung steht. Betonelemente mit solchen Dichtungen, welche vorzugsweise aus einem korrosionsresistenten elastischen Material hergestellt sind, z.B. aus EPDM (Ethylen-Propylen-Terpolymer), können die Fugen zwischen benachbarten Betonelementen nach dem Einbau in einen Tunnel dicht abschliessen.

   Ein Nachverfugen der Verkleidung nach der Montage der Betonelemente kann somit entfallen, was den Verkleidungsaufwand beim Tunnelbau weiter reduziert.

[0009] Das Betonelement kann an den Stirnflächen ein mit einem Dübel versehenes Verbindungsloch aufweisen. Der Dübel kann beispielsweise aus Kunststoff hergestellt sein, z.B. aus Polypropylen. In dieses Verbindungsloch kann beispielsweise ein Verbindungsbolzen eingebracht werden, sodass die Betonelemente beim Einbau in einen Tunnel einfach mit ihren in Richtung der Tunnelachse benachbarten Betonelementen fest verbunden werden können.

[0010] Das Betonelement kann an den Längsflächen eine Aussparung aufweisen, die zusammen mit einer entsprechenden Aussparung eines benachbarten Betonelements ein Führungsloch bildet.

   Die Aussparung kann durchgehend entlang der ganzen Längsflächen ausgebildet sein oder jeweils nur an beiden Enden der Längsflächen. In das Führungsloch kann beim Einbau der Betonelemente in den Tunnel ein Stab eingebracht werden, der aus dem Führungsloch herausragt. Mit Hilfe dieses Stabs können nachfolgende Betonelemente einfach positioniert und dann mit bereits eingebauten Betonelementen verbunden werden.

[0011] Die äussere Oberfläche des Betonelements und - in einem Bereich von der äusseren Oberfläche her bis zur Dichtung - auch die Seitenflächen können beschichtet sein.

   Eine solche Beschichtung, beispielsweise aus Epoxidharz, kann das Betonelement und somit auch die Tunnelverkleidung vor Wasser von aussen schützen.

[0012] Das Betonelement kann ein durchgehendes, die innere Oberfläche mit der äusseren Oberfläche verbindendes Loch umfassen zum Injizieren von Mörtel in einen Spalt zwischen Betonelement und Tunnelwand. Beim Einbau des Betonelements in den Tunnel wird üblicherweise nach dem Positionieren des Betonelements und dem Verbinden mit seinen benachbarten Betonelementen der Spalt zwischen Betonelement und Tunnelwand mit Mörtel ausgefüllt, um beispielsweise Setzungen im Boden vorzubeugen, der die Verkleidung umgibt.

   Das Injizieren von Mörtel zu diesem Zweck kann beim erfindungsgemässen Betonelement einfach durch das die innere Oberfläche mit der äusseren Oberfläche verbindende Loch erfolgen.

[0013] Beim Betonelement kann die innere Oberfläche als Sohle mit einer darin eingelassenen Sohlenrinne ausgestaltet sein. Solche Betonelemente können besonders gut in Abwasserkanälen eingesetzt werden.

   Durch den reduzierten Fliessquerschnitt in der Sohlenrinne ist selbst bei einer geringen Abwassermenge eine ausreichende Schleppkraft gewährleistet, sodass Ablagerungen auf der inneren Oberfläche des Betonelements verringert werden oder ganz vermieden werden können.

[0014] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung mit Hilfe der schematischen Zeichnung.

[0015] Es zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>einen Querschnitt parallel zur Stirnfläche durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Betonelements,


  <tb>Fig. 2<sep>einen Querschnitt parallel zur Längsfläche durch das Betonelement aus Fig. 1,


  <tb>Fig. 3<sep>einen Querschnitt durch den stirnseitigen Verbindungsbereich zweier Betonelemente aus Fig. 1,


  <tb>Fig. 4<sep>einen Querschnitt durch die längsseitige Verbindung zweier Betonelemente aus Fig. 1,


  <tb>Fig. 5<sep>einen Querschnitt durch den stirnseitigen Verbindungsbereich des Betonelements aus Fig. 1,


  <tb>Fig. 6<sep>den Querschnitt aus Fig. 5 mit einem Bolzen als Verbindungsmittel,


  <tb>Fig. 7<sep>den Querschnitt aus Fig. 6 mit einer Führungshülse auf dem Bolzen,


  <tb>Fig. 8<sep>den Querschnitt aus Fig. 7 zusammen mit einem Querschnitt durch den benachbarten längsseitigen Verbindungsbereich eines zweiten erfindungsgemässen Betonelements,


  <tb>Fig. 9<sep>einen Querschnitt durch die zwei Betonelemente aus Fig. 8, in vollständig miteinander verbundenem Zustand,


  <tb>Fig. 10<sep>einen Querschnitt durch den Randbereich eines Ausführungsbeispiels einer Schalung zur Herstellung des erfindungsgemässen Betonelements,


  <tb>Fig. 11<sep>den Querschnitt aus Fig. 10 mit einer in der Schalung positionierten Platte aus glasfaserverstärktem Kunststoff,


  <tb>Fig. 12<sep>den Querschnitt aus Fig. 11 mit einer in der Schalung positionierten Dichtung,


  <tb>Fig. 13<sep>den Querschnitt aus Fig. 12 mit eingegossenem Beton, und


  <tb>Fig. 14<sep>den Querschnitt aus Fig. 13 ohne Schalung (Betonelement mit verankerter Platte und Dichtung).

[0016] In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Betonelements 1 parallel zu einer Stirnfläche 12 (s. Fig. 2) des Betonelements 1 gezeigt. Das Betonelement 1 umfasst eine konvexe zylinderstückförmige äussere Oberfläche 17, eine entsprechend kleinere konkave zylinderstückförmige innere Oberfläche 18 sowie Seitenflächen, welche ringstückförmige Stirnflächen 12 (s. Fig. 2) und rechteckige Längsflächen 13 aufweisen. Das Betonelement 1 umfasst ferner eine Dichtung 10, welche entlang der Seitenflächen rund um das Betonelement 1 angeordnet ist (in Fig. 1 ist sie an den Längsflächen 13 gezeigt).

   Weiterhin weist es halbzylinderförmige, entlang den Längsflächen 13 angeordnete Aussparungen 15 auf, welche nicht durchgehend über die volle Länge der Längsflächen 13 ausgebildet sind, sondern jeweils nur an den beiden Enden der Längsflächen 13. Im Zentrum des Betonelements 1 ist ein Injektionsloch 16 angeordnet, welches als ein die äussere Oberfläche 17 mit der inneren Oberfläche 18 verbindendes Loch ausgestaltet ist. Das Betonelement 1 weist des Weiteren eine Schutzschicht 11 auf, welche eine Schutzschale 111 und Verankerungen 110 umfasst. Die Schutzschale 11 ist vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt und deckt die innere Oberfläche 18 ab sowie die Seitenflächen von der inneren Oberfläche 18 her bis zur Dichtung 10.

   Sie ist über die Verankerungen 110 fest im Beton verankert und dicht mit der Dichtung 10 verbunden.

[0017] Beim Einbau des Betonelements 1 als Verkleidung eines Tunnels bilden mehrere, an den Längsflächen 13 aneinandergrenzende Betonelemente 1 zusammen einen Ring über den ganzen Umfang des Tunnels. Entlang des Tunnels werden mehrere solche Ringe aneinander angeordnet und bilden so die Verkleidung des Tunnels. Dabei wird, nachdem das einzelne Betonelement positioniert und mit seinen benachbarten Betonelementen verbunden ist, über das Injektionsloch 16 Mörtel zwischen Betonelement 1 und Tunnelwand injiziert. Damit wird Setzungen im Boden, der die Verkleidung umgibt, vorgebeugt. Zusätzlich kann das Betonelement 1 mittels des Injektionslochs 16 (durch Eingreifen eines geeigneten Werkzeugs) versetzt und positioniert werden.

   Bei einem mit Betonelementen 1 verkleideten Tunnel schützt die Schutzschicht 11 den Beton des Betonelements 1 vor der Einwirkung von aggressiven (z.B. korrosiven) Gasen oder Flüssigkeiten. Zusammen mit den Dichtungen 10 dichten die Schutzschichten 11 der Betonelemente 1 der Verkleidung den Tunnel somit von innen her ab. Das Betonelement 1 wird vorgefertigt mit der Schutzschicht 11 hergestellt, wodurch ein Abdichten der Verkleidung als separater Arbeitsschritt im Tunnelbau entfällt, insbesondere das eingangs erläuterte aufwändige Einbringen einer Folie und Vergiessen mit Ortbeton sowie das anschliessende Nachverfugen.

[0018] Für die gesamte weitere Beschreibung gilt folgende Festlegung.

   Sind in einer Figur zum Zweck zeichnerischer Eindeutigkeit Bezugszeichen enthalten, aber im unmittelbar zugehörigen Beschreibungstext nicht erwähnt, so wird auf deren Erläuterung in vorangehenden Figurenbeschreibungen Bezug genommen.

[0019] Fig. 2 zeigt einen Querschnitt parallel zu einer Längsfläche 13 (siehe Fig. 1) durch das Betonelement. Das Betonelement 1 umfasst an seinen beiden Stirnflächen 12 jeweils ein Verbindungsloch 14. Dieses ist mit einem Dübel 140 ausgekleidet, der z.B. aus Polypropylen hergestellt ist. Das Verbindungsloch 14 und der Dübel 140 sind in ihrem äusseren Bereich konisch sich nach aussen vergrössernd ausgebildet.

[0020] In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch den stirnseitigen Verbindungsbereich zweier verbundener Betonelemente 1 gezeigt.

   Die beiden benachbarten Verbindungslöcher 14 der Betonelemente 1 sind so angeordnet, dass sie zusammen einen durchgehenden abgeschlossenen Hohlraum bilden. In diesem Hohlraum ist ein Bolzen 3 als Verbindungsmittel angeordnet, welcher beispielsweise aus Stahl hergestellt ist. Durch den Bolzen 3, der fest in dem Dübel 140 steckt, sind die beiden Betonelemente 1 miteinander verbunden. Die Dichtungen 10 der beiden Betonelemente 1 stossen aneinander und sind zusammengepresst, sodass sie den Spalt (Fuge) zwischen den beiden Betonelementen 1 vollständig abdichten. Beim Verkleiden eines Tunnels mit den erfindungsgemässen Betonelementen 1 ist somit kein Abdichten der Fugen zwischen den Betonelementen 1 notwendig.

[0021] Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch die längsseitige Verbindung zweier Betonelemente 1.

   Die Aussparungen 15 der benachbarten Betonelemente 1 stossen so aneinander, dass sie zusammen ein Führungsloch 4 bilden. Zur Verkleidung eines Tunnels werden die Betonelemente 1 an der Tunnelwand so angeordnet, dass mehrere Betonelemente 1 zusammen einen geschlossenen Ring bilden. In die Führungslöcher 14 werden Führungsstäbe 2 eingeführt. Mit Hilfe dieser Führungsstäbe 2 sind die Betonelemente 1 des nächstfolgenden Rings auf einfache Weise exakt positionierbar.

[0022] Fig. 5-9 zeigen, wie das erste Betonelement 1 an seiner Stirnseite 12 fest mit seinem benachbarten (zum nächsten Ring gehörenden) zweiten Betonelement 1 verbunden wird. In das mit einem Dübel 140 versehene Verbindungsloch 14 wird ein Bolzen 3 bis zur Hälfte eingetrieben, sodass der Bolzen 3 fest mit dem Betonelement 1 verbunden ist.

   Das Einführen des Bolzens 3 zum Eintreiben wird durch die im Eingangsbereich verjüngende Form des Verbindungslochs 14 und des Dübels 140 vereinfacht. Eine Führungshülse 30 wird so weit über den Bolzen 3 gezogen, bis sie sich zur Hälfte im Eingangsbereich des Verbindungslochs 14 befindet. Die Führungshülse 30 ist in beide Richtungen symmetrisch ausgebildet, komplementär zum Eingangsbereich des Verbindungslochs 14, konisch ausgebildet. Beim Anbringen des zweiten Betonelements 1 dringt der aus dem Verbindungsloch 14 des ersten Betonelements 1 zur Hälfte herausragende Bolzen 3 in den Dübel 140 im Verbindungsloch 14 des zweiten Betonelements 1 ein, bis die beiden Betonelemente 1 aneinander anliegen. Die Führungshülse 30 hilft dabei beim genauen Endpositionieren des zweiten Betonelements 1.

   Die Dichtungen 10, welche bei unverbundenen Betonelementen 1 die Stirnflächen 12 überragen, werden dabei zusammengepresst und dichten zusammen die Fuge zwischen den beiden Betonelementen 1 ab.

[0023] In den Fig. 10-14 wird gezeigt, wie das erfindungsgemässe Betonelements 1 mit Hilfe einer Schalung 5 hergestellt werden kann. Die Schalung 5 umfasst einen Schalungsboden 51 und rechtwinklig dazu stehende Schalungswände 50. Die Schalungswände 50 weisen eine Aussparung 501 auf zur Aufnahme der Dichtung 10. Am Schalungsboden 51 und vom Schalungsboden 51 bis zur Aussparung 501 wird die Schutzschicht 11 angeordnet in Form der Schutzschale 111 (Platte) aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Dabei liegt die Schutzschale 111 auf dem Schalungsboden 51 auf bzw. an der Schalenseite 50 an. Die Verankerungen 110 stehen von der Schutzschale 111 ins Innere der Schalung 5 ab.

   In der Dichtungsaussparung 501 wird die Dichtung 10 so angeordnet, dass die Dichtungsfüsse ins Innere der Schalung 5 ragen. Danach wird die Schalung 5 mit Beton 6 ausgegossen und damit die Verankerungen 110 und teilweise die Dichtung 10 (Dichtungsfüsse) eingegossen. Nach dem Aushärten des Betons 6 wird die Schalung 5 entfernt und das vorgefertigte Betonelement 1 ist erstellt.

[0024] Zu den vorbeschriebenen erfindungsgemässen Vorrichtungen sind weitere konstruktive Variationen realisierbar. Hier ausdrücklich erwähnt sei noch:

[0025] Die innere Oberfläche 18 des Betonelements 1 kann auch andere Konturen als eine der äusseren Oberfläche 17 entsprechende aufweisen. Beispielsweise kann sie eine Sohle mit einer Sohlenrinne umfassen.

   Solche Sohlenrinnen werden beispielsweise in Abwasserkanälen eingesetzt, um eine ausreichende Schleppkraft des Wassers auch bei geringem Wasseraufkommen zu erreichen, sodass keine oder nur geringe Ablagerungen im Abwasserkanal zurückbleiben können.

Claims (8)

1. Betonelement (1) zum Verkleiden eines Tunnels, mit einer konvexen äusseren Oberfläche (17) und einer gegenüberliegenden inneren Oberfläche (18), dadurch gekennzeichnet, dass das Betonelement (1) vorgefertigt eine mit dem Beton fest verbundene Schutzschicht (11) umfasst, welche die innere Oberfläche (18) des Betonelements (1) abdeckt.
2. Betonelement nach Anspruch 1, bei welchem die Schutzschicht (11) fest im Beton verankert ist.
3. Betonelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die innere Oberfläche (18) mit der äusseren Oberfläche (17) verbindende Seitenflächen (12, 13) aufweist, und zwar Längsflächen (13), über die mehrere Betonelemente (1) zu einem Ring zusammenfügbar sind, und Stirnflächen (12), über die mehrere Betonelemente (1) in axialer Richtung zusammenfügbar sind, und welches Betonelement (1) eine an den Seitenflächen (12, 13) angeordnete, im Beton fest verankerte Dichtung (10) aufweist, die dicht mit der Schutzschicht (11) in Verbindung steht.
4. Betonelement nach Anspruch 3, welches an den Stirnflächen (12) ein mit einem Dübel (140) versehenes Verbindungsloch (14) aufweist.
5. Betonelement nach einem der Ansprüche 3 oder 4, welches an den Längsflächen (13) eine Aussparung (15) aufweist, die zusammen mit einer entsprechenden Aussparung (15) eines benachbarten Betonelements (1) ein Führungsloch (4) bildet.
6. Betonelement nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei welchem die äussere Oberfläche (17) und - in einem Bereich von der äusseren Oberfläche (17) her bis zur Dichtung (10) - auch die Seitenflächen (12, 13) beschichtet sind.
7. Betonelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches ein durchgehendes, die innere Oberfläche (18) mit der äusseren Oberfläche (17) verbindendes Loch (16) zum Einspritzen von Mörtel in einen Spalt zwischen Betonelement (1) und Tunnelwand umfasst.
8. Betonelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die innere Oberfläche (18) als Sohle mit einer darin eingelassenen Sohlenrinne ausgestaltet ist.
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