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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur hydraulischen Stützung eines
tunnelförmigen,
unterirdischen Hohlraumes, in den Rohre und/oder Kabel verlegt werden
können
nach den Ausführungen
in Anspruch 1.
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Wird
ein tunnelförmiger
Hohlraum in nicht ausreichend eigenstandfestem Boden aufgebohrt,
so muss dieser Hohlraum ausgestützt
werden, da er sonst wieder in sich zusammenfällt.
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Es
ist bekannt, einen tunnelförmigen,
unterirdischen Hohlraum mechanisch, z. B. durch Betonsegmente (Tübbinge)
oder Rohre bzw. hydraulisch durch eine Bohrspülung in Form einer Suspension Bentonit
und Wasser zu stützen.
Ferner ist für
begehbare Tunnelquerschnitte bekannt, zwischen dem Erdreich und
der Tunnelauskleidung Schläuche
oder Bleche zum Zwecke der Reibungsminderung und Abdichtung gegen
Wasser einzubringen.
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Bei
gattungsgemäßen Verfahren
wird der Tunnel mit geeigneten Mitteln gebohrt und bis zur endgültigen Einbringung
des zu verlegenden Produktrohres, Kabels oder dergleichen mit unter
Druck stehender Flüssigkeit
gestützt. Üblicherweise
wird dazu eine Bohrspülung
in Form einer Suspension von Bentonit und Wasser verwendet, die
ein höheres
spezifisches Gewicht aufweist, als Wasser. Die Bohrspülung steht
unter dem hydrostatischen Druck ihrer Füllhöhe im Bohrloch als Wasser.
Die Bohrspülung steht
unter dem hydrostatischen Druck ihrer Füllhöhe im Bohrloch und stützt diesen
gegen den Bodendruck und Grundwasserdruck ab. Die Bohrspülung erleichtert
auch das spätere
Einziehen eines Produktrohres, das ganz oder teilweise luftgefüllt, mit
austariertem Auftrieb und somit reibungsarm über längere Strecken vorgeschoben
oder gezogen werden kante.
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Das
hydraulisch gestützte
Bohrloch bleibt solange offen, bis ein Produktrohr, z. B. eine Gas- oder
Wasserleitung oder z. B. Kabel oder dergl., eingezogen werden. Der
nach der endgültigen
Verlegung verbleibende restliche Hohlraum ist mit der bentonithaltigen
Bohrspülung
gefüllt,
die sich durch Gelieren verfestigt und für endgültige Stabilität sorgt.
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Ein
Bohrloch mit hydraulischer Abstützung wird üblicherweise
mittels HDD (Horizontal-Direktional-Drilling) geschaffen. Dabei wird mit
einer richtungsgesteuerten engen Bohrung vorgebohrt. Anschließend wird
durch diese mit einem Gestänge
ein oder mehrmals ein Räumkopf
gezogen, der den Durchmesser vergrößert. Am Räum- bzw. Bohrkopf tritt ständig Bohrspülung aus,
die den Tunnel durchfließt,
dabei den Abraum mitnimmt und die Ausstützung bewirkt. Dieses Verfahren
lässt sich
insbesondere auch bei der Verlegung von Dükern unter Flüssen oder
unter sonstigem, unzugänglichem
Gelände verwenden,
wie z. B. zur Unterquerung von Bahnen oder Straßen bzw. von Gebäuden. Dieses
Verfahren ist ferner kostengünstig.
Allerdings setzt es ausreichend standfesten Boden sowie eine ununterbrochene
Arbeit am Bohrloch voraus.
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Nachteilig
bei dem gattungsgemäßen bekannten
Verfahren, das ein Bohrloch hydraulisch stützt, ist die Gefahr des Zusammenfallens
des Bochloches infolge Verlust der Bohrspülung durch Ausbläser oder
Einfiltrieren in den Untergrund. Bei nicht ständiger Bearbeitung des Bohrloches
(Durchfließen von
Bohrspülung)
kann es zu Einbrüchen
des Bohrloches kommen, die die Aufgabe der Herstellung des unterirdischen
Hohlraumes zur Folge haben.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zur hydraulischen Stützung eines
tunnelförmigen,
unterirdischen Hohlraumes zu schaffen, das kostengünstig, langfristig
und sicher einen tunnelförmigen,
unterirdischen Hohlraum offenhält
und das den Verlust teuerer Bohrspülung bzw. deren unerwünschtes
Eindringen in das umgebende Erdreich sowie den Einbruch von Erdreich
vermeidet.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 sowie mit einer
Verlegeeinrichtung nach Anspruch 2 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
sieht zwischen der den tunnelförmigen,
unterirdischen Hohlraum füllenden
Flüssigkeit
und dem Erdreich ein schlauchartiges Gewebe vor, das die Bohrspülung umschließt. Damit
wird nach Bildung eines Filterkuchens an der Schlauchinnenseite
das Austreten der Flüssigkeit
in den umgebenden Boden verhindert und ebenso das Eindringen von
Boden in den Hohlraum. Ferner wird die Durchströmung des tunnelförmigen,
unterirdischen Hohlraumes mit Grundwasser vermieden. Das schlauchartige
Gewebe verhindert also jede Vermischung der im schlauchartigen Gewebe
befindlichen Flüssigkeit
mit umgebendem Grundwasser oder Boden. In dem allseits geschlossenen schlauchartigen
Gewebe kann die Flüssigkeit
gezielt unter geeignetem Druck gehalten werden, der etwas höher ist
als der Bodendruck bzw. Grundwasserdruck aus der Umgebung. Als Flüssigkeit
kann eine Bohrspülung
verwendet werden.
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Das
zu verlegende schlauchartige Gewebe kann äußerst kostengünstig ausgeführt sein.
Bodensetzungen können
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
auch bei sehr ungünstigen
Bodenverhältnissen
völlig
ausgeschlossen werden, da der Durchmesser des schlauchartigen Gewebes
leicht größer als
der Auffahrdurchmesser des unterirdischen, tunnelförmigen Hohlraumes
gewählt
wird.
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Vorteilhaft
ist das schlauchartige Gewebe leichtgrößer als mit dem Umfang des
Hohlraumes ausgebildet. Dadurch wird vermieden, dass bei punktueller
Belastung an einer ungünstigen
Stelle der Hohlraum einbrechen kann. Das schlauchartige Gewebe kann
vorteilhaft aus geeignetem Kunststoffgewebe ausgebildet sein.
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Das
schlauchartige Gewebe könnte
bei wenigstens kurzfristig eigenstandfestem Boden in den zuvor geschaffenen
Hohlraum über
die ganze Länge eingezogen
werden und anschließend
unter Druck gesetzt werden. Vorteilhaft wird das schlauchartige Gewebe
jedoch gemäß Anspruch
2 verlegt, wird also von einer im Hohlraum vorlaufenden Verlegeeinrichtung
rückwärts abgegeben.
Dies ergibt den großen Vorteil,
dass die Verlegeeinrichtung unmittelbar hinter einem Bohrkopf geführt werden
kann und somit unmittelbar nach Schaffung des Auffahrquerschnittes des
Hohlraumes das stützende
Gewebe verlegt, das während
des Verlegevorganges bereits unter Druck steht und im Laufe der
Verlegung unter Druck gehalten wird. Dadurch wird der tunnelförmige, unterirdische
Hohlraum schon unmittelbar nach seiner Erzeugung ausgestützt, so
dass auch seine Stützung
bei sehr ungünstigen
Bodenverhältnissen,
wenn also der Boden sofort nachsacken würde, möglich ist.
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Für die Anwendung
des Verfahrens bietet sich eine Verlegeeinrichtung an, bei der das schlauchartige
Gewebe in der Verlegeeinrichtung von einem Vorrat abgenommen und
nach hinten abgegeben wird. Das Gewebe kann z. B. von einem Wickel
abgezogen werden. Beim HDD-Verfahren
kann eine solche Verlegeeinrichtung problemlos beim letzten Räumschritt
vom Räumkopf
mitgezogen werden. Auch wenn ein sonstiger mit fertigem Sollquerschnitt vorhandener
Tunnel abgestützt
werden soll, läßt sich diese
Verlegeeinrichtung gut verwenden, z. B. wenn der Tunnel bereits
ausgekleidet ist, beispielsweise mit einem älteren Rohr, das z. B. stellenweise
defekt ist oder seine Altersgrenze erreicht hat und in dem ein neues
Rohr verlegt werden soll.
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Folgt
die Verlegeeinrichtung jedoch einem Bohrkopf oder einem sonstigen
Bodenabbaukopf, der den tunnelförmigen
Hohlraum mit vollem Querschnitt herstellt und der keine andere Verbindung
zur Bodenoberfläche
hat als durch den von ihm geschaffenen Hohlraum hindurch, so sind
durch diesen Hohlraum hindurch, also durch das Innere des zu verlegenden
schlauchartigen Gewebes, Rohrleitungen und dergleichen erforderlich,
die den Abraum abführen,
Bohrenergie zuführen
und dergleichen. Diese müssen
durch die Verlegeeinrichtung hindurch bis zum Bohrkopf geführt sein.
Wenn mit Vorpressdruck gearbeitet wird, muss ein vordruckendes Gestänge durch
die Verlegeeinrichtung hindurch auf den Bohrkopf einwirken. Dabei
ist der Gewebevorrat in einem Ringraum am Umfang des Rohrgehäuses der
Verlegeeinrichtung angeordnet. Druckgestänge, Transportleitungen und
dergleichen können
durch das Innere des bereits verlegten Gewebes und durch das Innere
der Verlegeeinrichtung, also durch den Vorrat hindurch bis zum Bohrkopf
laufen.
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In
den Zeichnungen ist das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise
und schematisch dargestellt. Es zeigen:
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1 im
Schnitt durch einen tunnelförmigen Hohlraum
eine erste Ausführungsform
der Erfindung,
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2 im
Schnitt die in 1 dargestellte Verlegeeinrichtung,
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3 in
Darstellung gemäß 1 eine
Variante der Erfindung,
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4 im
Schnitt einen tunnelförmigen
Hohlraum für
eine Dükerleitung
und
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5 u. 6 in
Darstellung gemäß 1 die
Erfindung bei anderen Verlegetechniken.
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1 zeigt
einen tunnelförmigen,
unterirdischen Hohlraum 1, der von einer Baugrube 2 aus
vorgetrieben wird. Er verläuft
im dargestellten Beispiel unter einem Fluss 3, unter dem
der Boden besonders kritisch ist und z. B. durch Wassereinbruch
stark gefährdet
ist. Der Hohlraum 1 wird in den stehenden Boden mit einem
nicht näher
erläuterten
Bohrkopf 4 üblicher
Bauart vorgetrieben. Dieser wird, wie näher in einem Ausschnitt gemäß 2 dargestellt
ist, von hinten mit einem Produktrohr 5 abgestützt, das
mit nicht dargestellten Mitteln aus der Baugrube 2 nachgedrückt wird
und das in den Hohlraum 1 verlegt werden soll. Es kann
sich dabei beispielsweise um ein Wasserrohr oder dergleichen handeln.
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Durch
das Produktrohr 5 sind bis zum Bohrkopf 4 ein
Kabel 6 zur Stromversorgung des Bohrkopfes und ein Rohr 7 zur
Zuführung
von Bohrspülung
verlegt. Der beim Vortrieb des Bohrkopfes 4 anfallende
Abraum kann mit der Bohrspülung
durch ein weiteres nicht dargestelltes Rohr oder durch das Produktrohr 5 zur
Baugrube 2 abgeführt
werden.
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Rückwärtig, anschließend an
den Bohrkopf 4, ist eine im einzelnen in 2 dargestellte
Verlegeeinrichtung 8 angeordnet. Diese besteht im Ausführungsbeispiel,
wie 2 zeigt, aus einem Rohrgehäuse 9, das mit einem
Flansch 9a oder sonstigen Befestigungsmitteln, vorzugsweise
z. B. abkoppelbar, am Bohrkopf 4 befestigt ist, um von
diesem gezogen zu werden. In dem Rohrgehäuse 9 ist ein schlauchartiges
Gewebe 10 in einem Vorrat 11 angeordnet, das,
wie in der Zeichnung schematisch angedeutet, durch wellrohrartige
axiale Stauchung in enger Packung gefaltet ist und von dem das schlauchartige
Gewebe 10, wie dies 2 zeigt, nach
hinten abziehbar ist. Ein hinterer Innenflansch 12 des
Rohrgehäuses 9 kann
dort vorgesehen sein, um den Vorrat 11, z. B. beim Transport
der Verlegeeinrichtung 8, zu halten und um eine günstige,
ringförmige
Abzugslinie zum rückwärtigen Abziehen
des Schlauches 10 mit Kreisquerschnitt zu ergeben.
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Der
Vorrat 11 ist ringförmig
der Innenwand des Rohrgehäuses 9 angelegt
und lässt
einen Innenraum durchgehend frei, in dem im Ausführungsbeispiel das Produktrohr 5 verläuft. Das
Produktrohr 5 kann, anders als dargestellt, auch vor dem
Rohrgehäuse 9 enden
und mit einer durch dieses verlegten Kupplungsstange oder dergleichen
angekuppelt sein. Dadurch kann der Innendurchmesser des Vorrates 11 verringert
und der Vorrat vergrößert werden.
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1 zeigt
die Verlegeeinrichtung 8 mit dem Bohrkopf 4 im
Inneren des bereits über
ein Stück
fertiggestellten tunnelförmigen
Hohlraumes 1. Von der Verlegeeinrichtung 8 ab
liegt dem schlauchartigen Gewebe 10 der Hohlraumwand an
und reicht mit seinem rückwärtigen Ende 13 bis
in die Baugrube 2. Das rückwärtige Ende des Gewebes 10 ist
dort auf einem Rohrstutzen 14 mit einer Schelle 15 oder
dergleichen abgedichtet. Der Rohrstutzen 14 ist seinerseits
mit einer inneren Ringdichtung 16 auf dem Produktrohr 5 abgedichtet.
Das Gewebe ist ferner an seinem vorderen Ende bei 17 ringförmig befestigt.
Das Innere des Gewebes ist also auch dort durch den Bohrkopf 4 abgedichtet.
Damit ist das Gewebeinnere allseitig abgedichtet.
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Am
Rohrstutzen 14 mündet
innerhalb der Ringdichtung 16 eine Rohrleitung 18,
die z. B. über eine
Pumpe 19 oder ein gestrichelt dargestelltes Standrohr 20 geeigneter
Höhe mit
einer Flüssigkeit unter
Druck gesetzt werden kann. Als Flüssigkeit kann die übliche bentonithaltige
Bohrspülung
verwendet werden, was jedoch nicht zwingend notwendig ist.
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Wie 1 zeigt,
legt sich das schlauchartige Gewebe 10 durch den Innendruck
gegen die Wand des Hohlraumes 1 und kleidet diese aus.
Der Innendruck ist dabei höher
zu halten als der jeweilige Bodendruck und der Grundwasserdruck
im Bereich des Hohlraumes. Dadurch wird die Grenzfläche zwischen der
des Gewebes ausfüllenden
Bohrspülung
und dem umgebenden Boden durch das schlauchartige Gewebe stabil
gehalten. Wassereinströmungen
und Nachrutschen des Bodens wird sicher verhindert. Auch über längere Verlegestrecken
und Verlegezeiten bleibt der so geschaffene und mit dem schlauchartigen
Gewebe 10 ausgekleidete Hohlraum 1 stabil. Das
Produktrohr 5 kann also über längere Verlegestrecken nachgeschoben
werden, ohne dass einstürzender
Boden die Verlegung behindert und durch Erhöhung des Reibwiderstandes das
weitere Nachschieben unmöglich
macht.
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Der
Schlauch 10 kann aus geeignetem Kunststoffgewebe geringer
Stärke
und insbesondere aus elastischem aber nicht dehnbarem Material bestehen,
das punktförmige
Belastungen, z. B. durch einen einbrechenden Stein, besser verhindert.
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3 zeigt
in der Umgebungssituation der 1 denselben
tunnelfömigen
Hohlraum 1 mit der Verlegeeinrichtung 8 in Ausführungsform
gemäß 1 und 2.
In dem in 3 dargestellten Fall ist der
Hohlraum 1 jedoch bereits auf einer gesamten Länge fertiggestellt.
Die Verlegeeinrichtung 8 wird hier nur noch mit einem Zuggestänge 21 oder
z. B. mit einem Seil durch den Hohlraum 1 gezogen, um das
Gewebe 10 zu verlegen. Es ist hier auch der Rohrstutzen 14 angedeutet,
in identischer Ausführung
wie in 1 dargestellt.
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Der
bereits vor Verlegen des Gewebes 10 fertige Hohlraum 1 kann
beispielsweise in gut standfestem Boden fertig ausgebildet sein
und soll nun durch Verlegen des Gewebes 10 und hydraulische Stützung langfristig
gesichert werden, bis später,
wie dies 3 zeigt, das Produktrohr 5 durch
den Rohrstutzen 14 nachgeschoben wird. Dabei kann der Hohlraum 1 beispielsweise
durch eine vorhandene, früher
verlegte Rohrleitung gebildet sein, die durch Einziehen des Produktrohres 5 erneuert
werden soll. Kleinere Störungen
und Einbrüche
können
dabei durch Hindurchziehen der Verlegeeinrichtung 8 beseitigt
werden. Es kann der Verlegeeinrichtung 8 auch ein nicht
dargestellter Räumkopf
vorgeschaltet sein.
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Die
Verlegesituation gemäß 3 kann auch
vorliegen, wenn der Hohlraum 1 nach der eingangs erwähnten HDD-Methode
geschaffen wurde. Dabei wird (gemäß 3) zunächst von
der Baugrube 2 aus eine enge Bohrung vorgetrieben. Diese
wird dann mit einem durch die Bohrung verlegten Gestänge von
der anderen Seite her mit einem Räumkopf erweitert und ggf. durch
mehrfaches Erweitern auf den Solldurchmesser gebracht. Dabei erfolgt
hydraulische Ausstützung
durch bentonithaltige Bohrspülung.
Wird dann, wie 3 darstellt, anschließend die
Verlegeeinrichtung 8 mit dem Gestänge 21 durch den Tunnel 1 gezogen,
so befindet sich for der Verlegeeinrichtung 8 bentonithaltige
Bohrspülung.
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4 zeigt
in einem Längsschnitt
einen tunnelförmigen
Hohlraum 1, der auf diese Weise hergestellt zwischen den
beiden Baugruben 2 unter dem Fluss 3 hindurch,
zur Verlegung der Produktleitung 5 als Dükerleitung
angeordnet ist.
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5 und 6 zeigen
Verlegevarianten unter Verwendung der in den 1 und 2 dargestellten
Verlegeeinrichtung 8.
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Gemäß 5 wird
unter der Bodenoberfläche 22 der
tunnelförmige
Hohlraum 1 geschaffen. Dazu dient ein Räumkopf 23, an dem
eine Schlitzfräse 24 befestigt
ist, welche vom Räumkopf 23 bis über die
Bodenoberfläche 22 ragt
und den im Räumkopf 23 anfallenden
Boden nach oben bis über
die Bodenoberfläche 22 transportiert.
Der Vortrieb des Räumkopfes 23 mit
der Schlitzfräse 24 kann
durch eine geeignete über
der Bodenoberfläche 22 laufende,
nicht dargestellte Vorrichtungen erfolgen. Der Räumkopf 23 könnte jedoch
auch mit der Schlitzfräse 24 durch eine
Pilotbohrung gezogen oder durch den fertiggestellten Hohlraum 1 von
hinten gedrückt
werden. Anstelle der Schlitzfräse 24 könnte auch
eine andere geeignete Vorrichtung zur Entfernung des Abraumes aus
dem Räumkopf 23 von
der Bodenoberfläche 22 her
vorgesehen sein, z. B. ein Spülrohr
oder ein Saugrohr. Der Räumkopf 23 führt die
Verlegeeinrichtung 8 nach, welche in dem vom Räumkopf 23 geschaffenen
Hohlraum 1 das Gewebe 10 verlegt. An seinem rückwärtigen Ende
ist das Gewebe 10 in derselben Weise, wie in 1 dargestellt,
abgedichtet und mit Flüssigkeit,
z. B. Wasser, unter Druck gesetzt.
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6 zeigt
eine Verlegevariante, bei der der tunnelförmige Hohlraum 1 ausgehend
von der Baugrube 2 mit einer wandernden, offenen Verlegegrube 25 geschaffen
wird. Am Boden der Verlegegrube 25 liegt die Verlegeeinrichtung 8,
die hinter sich das schlauchartige Gewebe 10 abgibt. In
der den Startpunkt bildenden Baugrube 2, ist das Gewebe 10 in der
in 1 dargestellten Weise mit dem Rohrstutzen 14 versorgt.
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Die
Verlegegrube 25 wird laufend in Vortriebsrichtung ausgehoben
und dahinter, also über dem
verlegten unter leichtem Überdruck
stehenden schlauchartigen Gewebe 10 wieder verfüllt. Zum
Vortrieb der Verlegeeinrichtung 8 kann diese mit nicht dargestellten
Mitteln geschleppt werden oder sie wird vom Innendruck des schlauchartigen
Gewebes 10 hydrostatisch vorwärts gedrückt.
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Der
Eigenvortrieb der Verlegeeinrichtung 8 unter dem hydrostatischen
Druck der Flüssigkeit
in dem schlauchartigen Gewebe 10 kann auch bei den anderen
erwähnten
Verlegeverfahren verwendet werden. So kann beispielsweise gemäß 5 die Verlegeeinrichtung 8 ohne
mechanische Kopplung an den Räumkopf 23 hinter
diesem durch den hydrostatischen Druck nachgeführt werden.