DE1658752B1

DE1658752B1 - Verfahren zur Erstellung von langgestreckten unterirdischen Bauwerken,insbesondere Tunneln

Info

Publication number: DE1658752B1
Application number: DE19671658752D
Authority: DE
Inventors: Johann Moerner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-12-04
Filing date: 1967-12-04
Publication date: 1970-05-27
Also published as: AT287775B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung von langgestreckten unterirdischen Bauwerken, insbesondere Tunneln, unter unbebauten Flächen, bei dem eine nach der Erdoberfläche hin offene Baugrube ausgehoben wird.

Es ist bekannt, derartige Bauwerke in der Weise herzustellen, daß die Baugrubenwände mittels lotrechter Stahlstützen und dazwischenliegender Bohlen sowie mittels Aussteifungen gesichert werden, welche die Baugrubenwände abstützen. Zwischen diesem Verbau wird die Baugrube dann mit Hilfe von Planierraupen und Baggern ausgehoben und nachfolgend das Bauwerk, meist in Ortbeton, erstellt. Der Ein- und Ausbau des soeben erwähnten Verbaues und die Erstellung des Bauwerks in Ortbeton erfordern einen hohen Arbeitsaufwand und damit eine lange Bauzeit. Eine lange Bauzeit ist aber in vieler Hinsicht nachteilig, da sie beispielsweise erhöhte Vorhaltekosten, eine entsprechend lang notwendige Grundwasserhaltung und langfristige Behinderung des Verkehrs und der Anlieger verursacht.

Es ist ferner bekannt, die Baugrube stirnseitig mittels eines kontinuierlich vorwärts bewegbaren Abbaugerätes voranzutreiben und die an die Baugrubenstirnseite angrenzenden Bereiche der seitlichen Baugrubenwandungen mittels zusammen mit dem Abbaugerät vorwärts bewegter Stützwangen abzustützen, während erst die hinter diesen Stützwandungen entsprechend dem Vortrieb des Abbaugerätes frei werdenden Teile der seitlichen Baugrubenwandungen mittels eines Verbaus abgestützt werden.

Auch dieses bekannte Verfahren hat den Nachteil eines langsamen Baufortschrittes, weil der Verbau über die gesamte Höhe der seitlichen Baugrubenwandungen hin angelegt werden muß und die Aussteifung des Verbaus Schwierigkeiten bereitet, insbesondere, wenn ein unterirdisches Bauwerk in größerer Tiefe bei offener Baugrube erstellt werden soll. Die Vielzahl der notwendigen Aussteifungen macht dann im allgemeinen die Erstellung des Bauwerkes abschnittsweise aus Fertigteilen unmöglich.

Schließlich hat man auch bereits versucht, den Verbau der seitlichen Baugrubenwandungen in zwei Höhenabschnitte aufzuteilen, indem eine erste Gruppe von Verbauelementen im Höhenabschnitt von der Baugrubensohle bis etwa zum Scheitel des zu errichtenden Bauwerkes und eine zweite Gruppe von Verbauelementen für die Abstützung der noch verbleibenden freien Bereiche der seitlichen Baugrubenwandungen bis zur Geländeoberfläche vorgesehen wurden.

Diese Art und Weise des Verbaus ist jedoch nicht einfach einzubringen, und eine störungsfreie Entfernung der unteren Verbauelemente ist beim Verfüllen der Baugrube nicht immer möglich.

Durch die Erfindung soll daher die Aufgabe gelöst werden, bei einem Verfahren zur Erstellung von langgestreckten unterirdischen Bauwerken innerhalb einer offenen Baugrube die Errichtung des Verbaus der seitlichen Baugrubenwandungen so zu vereinfachen, daß sich ein rascher Baufortschritt erzielen läßt, der eine Erstellung des Bauwerkes entsprechend der Vortriebsgeschwindigkeit der Baugrube ermöglicht.

Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Erstellung von langgestreckten unterirdischen Bauwerken innerhalb einer offenen Baugrube aus, bei welchem mittels eines im wesentlichen kontinuierlich vorwärts bewegten Abbaugerätes die Baugrubenstirnseite abgebaut und die an diese angrenzenden Bereiche der seitlichen Baugrubenwandungen mittels zusammen mit dem Abbaugerät vorwärts bewegter Stützwangen abgestützt werden, bei welchem ferner eine Abstützung der seitlichen Baugrubenwandungen in bestimmten Bereichen hinter den genannten Stützwangen mittels eines Verbaus vorgenommen und schließlich die Baugrube nach Erstellen des Bauwerkes wieder verfüllt wird.

Die genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Bauwerk in an sich bekannter Weise aus Fertigteilen abschnittsweise im Schütze der Stützwangen errichtet wird und daß die Abstützung der seitlichen Baugrubenwandungen in dem hinter den Stützwangen entsprechend dem Vortrieb des Abbaugerätes frei werdenden Bereich im Höhenabschnitt von der Baugrubensohle bis zum Scheitel des Bauwerkes durch sofortiges Verfüllen des Zwischenraumes zwischen den seitlichen Baugrubenwandungen und dem Bauwerk und nur im Höhenabschnitt vom Bauwerksscheitel bis zur Geländeoberfläche mittels Verbaus erfolgt.

Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht also eine vollständige Einsparung eines Verbaus im Bauwerksbereich der Baugrube. Hieraus ergeben sich beträchtliche Arbeits-, Kosten- und Zeitersparnisse am gesamten Bauvorhaben.

Es sei darauf hingewiesen, daß in der Beschreibung und in den Ansprüchen unter einem im wesentlichen kontinuierlich vorbewegten Abbaugerät auch ein Gerät verstanden wird, welches in regelmäßigen, verhältnismäßig kurzen zeitlichen Abständen um bestimmte, dem Fortschritt des Abbaues entsprechende Stücke vorgeschoben wird.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 11.

Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Baugrube zur Erstellung eines Tunnels nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Baugrube nach Fig. 1 mit einem bereits eingebauten Bauwerksteil und einem zur Einsetzung mittels eines Portalkranes vorbereiteten Bauwerksabschnitt,

Fig. 3 eine schematisch, vereinfacht wiedergegebene Draufsicht auf die Baugrube nach Fig. 1,

Fig. 4a und 4b Horizontalschnitte durch Einzelheiten der seitlichen Stützwangen eines Abbaugerätes,

F i g. 5 eine vergrößerte Einzelheit des Querschnittes nach F i g. 2 zur Verdeutlichung der Ausbildung einer Fuge eines zerlegbaren Fertigteiles sowie zur Erläuterung der Abstützung des Fußpunktes einer Stahlbohle und

F i g. 6 a bis 6 d zwei mögliche Ausführungsformen der Abbauvorrichtung des Abbaugerätes.

Wie insbesondere aus den F i g. 1 und 3 der Zeichnungen ersichtlich ist, wird eine Baugrube 1 mittels des allgemein mit 2 bezeichneten Abbaugerätes durch stirnseitigen Abbau des anstehenden Bodens oder Erdreiches 3 in kontinuierlichem Vortrieb ausgehoben. Hierbei ist die Stirnseite der Baugrube entsprechend der Standfestigkeit des jeweiligen Bodens geneigt gehalten. Das Abbaugerät 2 weist seitliche, sich von der Baugrubenstirn nach rückwärts erstrek-

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kende, wandartige Stützwangen 2' und 2" auf, die die wendeten Lastkraftwagen 7 zwischen Baugrubenrand Aufgabe haben, die Baugrubenwände von der Bau- und Schienen verkehren können, so daß weder der grubenstirn nach rückwärts so weit zu sichern, daß Abtransport des Erdreiches noch der Weg der Kräne im Schütze des rückwärtigen Teiles des Gerätes gestört ist. Die sich hierbei ergebende große Spannganze Bauwerksabschnitte eingesetzt werden können, 5 weite der Kräne ermöglicht auch ein Überfahren von worauf weiter unten noch näher eingegangen wird. Bahnhofsbaustellen, wobei ein Transport sämtlicher Das Erdreich 3 wird mittels Eimerketten 4 gelöst, Geräte über solche, die normale Trassenführung welche bei der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform unterbrechende Stellen hinweg erfolgen muß. Zu diequer über die gesamte Breite der Baugrube ange- sem Zweck ist die Tragfähigkeit der Portalkräne 11 ordnet sind. Die Eimerketten 4 fördern das Erdreich io und 19 so gewählt, daß sie im Tandembetrieb das auf Querförderbänder 5, welche das Erdreich zu gesamte Abbaugerät 2 anheben und verfahren Längsförderbändern 6 transportieren, die ihrerseits können.

dann zur Beladung von Lastkraftwagen 7 α und Tb Während die beim Ziehen der Stahlbohlen 9 frei

dienen. Die Längsförderbänder 6 sind in einer in den werdenden Hohlräume 20, wie bereits erwähnt, mit Zeichnungen nicht im einzelnen dargestellten Weise 15 Material ausgefüllt werden, das sich mit Hilfe der fahrbar ausgebildet, um sie dem Baufortschritt ent- Rüttler 28 so verdichten läßt, daß in den benachsprechend mitführen und die Aufgabe des Bodens barten Bereichen keine Setzungen auftreten können, auf das eine oder andere Längsförderband durch wird die Baugrube 1 unmittelbar hinter dem zuletzt einfaches Längsverschieben steuern zu können. eingesetzten Fertigteil 10 beginnend in Form einer

Zum Vortrieb des Abbaugerätes finden hydrau- 20 schrägen Rampe 21 wieder verfüllt, wobei zum Verlische Pressen 8 Verwendung, welche bei der soeben füllen vorteilhaft das von den rückwärtigen Ladebeschriebenen Ausführungsform des Abbaugerätes in stellen mittels der Lastkraftwagen 7 α abgefahrene oder neben den Gerätewänden installiert sind, so daß Erdreich verwendet wird, wodurch sich kürzeste sie sich in dem über dem zu errichtenden Bauwerk Transportwege ergeben. Die Rampe 21 kann maxigelegenen Bereich gegen Stahlbohlen 9 und im Be- 25 mal so schräg gehalten werden, daß sich Planierreich des Bauwerkes gegen zur Herstellung des Bau- raupen 22 und Flächenrüttler 23 noch sicher aufwerkes verwendete Fertigteile 10 abstützen können. wärts bewegen können, welche zur Verdichtung des

Ist die Baugrube 1 jeweils um ein bestimmtes im rückwärtigen Bereich 18 der Baugrube von den Stück vorgetrieben, so wird mittels eines Portal- Lastkraftwagen Ta abgekippten Erdreiches dienen, kranes 11, welcher auf in F i g. 3 angedeuteten, zu 30 das entsprechend F i g. 3 der Zeichnungen mittels beiden Seiten der Baugrube verlegten Schienen 11' der Förderbänder 5 und 6 jeweils in Pfeilrichtung und 11" verfahrbar ist, von einer vor der Baustelle transportiert wird.

liegenden, nicht dargestellten Montagestelle ein wei- Bei der in den F i g. 1 bis 3 gezeigten, verhältnis-

teres Fertigteil 10 herbeitransportiert und, wie in mäßig einfachen Ausführungsform der Erfindung lie-Fig. 1 und 2 der Zeichnungen angedeutet, in die 35 gen die wandartigen Stützwangen 2' und 2" des Baugrube eingesetzt. Abbaugerätes unmittelbar an den Baugrubenwänden

Die während des Vortriebes des Abbaugerätes 2 an, so daß sich mit diesem Abbaugerät vorzugsweise frei werdenden Flächen der in den F i g. 2 und 5 mit gerade Trassen herstellen lassen. Sind jedoch Krüm-12 bezeichneten seitlichen Baugrubenwände werden mungen auszuführen, so findet mit Vorzug eine teilim Bauwerksbereich durch sofortiges Verfüllen des 40 weise in den Fig. 4a und 4b dargestellte abgewanzwischen den Baugrubenwänden und den Fertig- delte Ausführungsform des Abbaugerätes Verwenteilen frei werdenden Raumes 13 gesichert, was bei- dung, bei welcher die Stützwangen so ausgebildet spielsweise mit gut plastischem Beton geschehen sind, daß zwischen den seitlichen Baugrubenwänden kann. Im darüberliegenden Bereich erfolgt die Ab- 12 und dem Abbaugerät 2 eine Schicht thixotroper Stützung mit Hilfe der bereits erwähnten vertikalen 45 Flüssigkeit 24 angeordnet werden kann, welche an Stahlbohlen 9, die in geringen Abständen dicht an- der Baugrubenstirn durch eine Schneide 25 und am einandergesetzt eingebaut, an den oberen Enden mit- Ende des Abbaugerätes durch eine elastische Dichteis Aussteifungen 14 gegeneinander und am Fuß- tung 26 abgedichtet wird. Die Dichtung 26 umfaßt punkt mittels Hartholzstützen 15 gegen die Fertig- einen druckfest abgeschlossenen Raum 27, der ebenteile 10 abgestützt werden, wie aus den F i g. 2 und 5 50 falls mit thixotroper Flüssigkeit gefüllt und zusätzlich ohne weiteres ersichtlich ist. mit Druckluft belastet wird, so daß sich die Dichtung

Im rückwärtigen, mit 18 bezeichneten Bereich der 26 fest an die Baugrubenwand 12 anpreßt. Ein seit-Baugrube 1 werden die Stahlbohlen 9 mit Hilfe eines liches Verschieben des Abbaugerätes 2 und damit weiteren, auf denselben Schienen wie der Portal- das Ausfahren von Krümmungen wird durch diese kran 11 laufenden Portalkranes 19 gezogen, wobei 55 Anordnung erleichtert und außerdem der Vorteil ergleichzeitig dabei entstehende Hohlräume 20 mit ge- zielt, daß die beim Vortrieb des Abbaugerätes aufeignetem Material ausgefüllt werden, wofür ebenfalls tretende Reibung ganz wesentlich verringert wird, der Portalkran 19 zu Hilfe genommen wird. Das zur Die thixotrope Flüssigkeit kann im vorliegenden Fall Verfüllung verwendete Material kann beispielsweise in dickflüssiger Form verwendet werden, was die mit Hilfe in die Stahlbohlen 9 eingehängter Rüttler 60 Abdichtung erleichtert. Ein weiterer Vorteil einer 28 verdichtet werden. Nach dem Ziehen werden die thixotropen Flüssigkeitsschicht 24 zwischen Abbau-Stahlbohlen 9 zu dem Abbaugerät 2 vortransportiert gerät 2 und Baugrubenwand 12 ist eine Erhöhung und erneut eingesetzt. Außerdem dient der Portal- der Gleitfähigkeit der Stahlbohlen 9 auf Grund eines kran 19 zum Ausbauen, Verfahren und erneuten Ein- Rückstandes der Flüssigkeit an den Baugrubensetzen der Aussteifungen 14. 65 wänden, so daß sich die Stahlbohlen 9 später leicht

Beide Portalkräne sind so breit ausgeführt und die ziehen lassen.

Schienen 11' und 11" so weit vom Baugrubenrand Bei der Ausführungsform nach Fig. 4a und 4b

entfernt verlegt, daß die für den Erdtransport ver- ist außerdem jeweils anschließend an die elastische

Dichtung 26 als Verlängerung derselben ein Schleppblech 16 angeordnet. Beim Vortrieb des Abbaugerätes in einem Boden, in welchem auch ein kurzfristiges Freiliegen der seitlichen Baugrubenwände auf einem kurzen Abschnitt nicht zugelassen werden kann, werden hier die Stahlbohlen 9 zu beiden Seiten gegen die Schleppbleche 16 eingesetzt, welche sich dann während des Vortriebs des Abbaugerätes 2 hinter den zuletzt eingesetzten Stahlbohlen herausziehen. Ist dies geschehen, so werden die Aussteifungen 14 und die Hartholzstützen 15 nachgespannt. Das Be- und Entlasten der Aussteifungen 14 erfolgt durch am Ende der Aussteifungen angebrachte hydraulische Pressen oder Spindelpressen 17.

Die oben bereits erwähnten Eimerketten 4 zum Abbau des Erdreiches an der Stirnseite der Baugrube sind in ihren Einzelheiten in den Fig. 6a und 6b wiedergegeben. Die Eimerketten sind über die ganze Baugrubenbreite angeordnet und bestehen aus Hauptketten 4 a und Nebenketten 4 b, wobei die Eimer der einzelnen Ketten so versetzt gegeneinander angeordnet sind, daß sie in dem aus F i g. 1 zu ersehenden, abwärts laufenden Bereich ineinandergeschoben werden können und auf der um das Maß der Stützwangen 2' und 2" sowie der danebenliegenden Pressen verminderten Breite nach unten laufen können. Die Eimer der Hauptketten 4 α werden an Zugseile 33 angeschraubt und durch Führungen 34 geführt, während die Eimer der Nebenketten 4 b zwischen den Hauptketten 4 α eingehängt werden. Die Eimerketten erlauben einen gleichzeitigen Abbau des Bodens auf dem gesamten Baugrubenquerschnitt.

Sind im Baugrubenbereich jedoch häufig Fremdkörper, wie z.B. Felseinlagerungen, alte Kanäle usw., vorhanden, die von den Eimern der Eimerketten 4 nicht mehr zerbrochen und gefördert werden können, so finden gemäß einer abgewandelten, in den F i g. 6 c und 6d dargestellten Ausführungsform des Abbaugerätes Schürfkübel 35 Verwendung, die ebenfalls über die gesamte Baugrubenbreite angeordnet sind. Die Schürfkübel 35 laufen nur an der Baugrubenstirnseite 3 auf und ab und sind an Führungen 36 geführt. Die Schürfkübel 35 werden durch Öffnen von Schürfkübelböden 37 entleert, wobei das geförderte Erdreich auf den Förderbändern 5 entsprechende Querförderbänder fällt, welche im einzelnen nicht dargestellt sind und welche in diesem Falle vor dem Abbaugerät 2 angeordnet sind. Die Schürfkübel 35 können wesentlich größer und robuster gebaut werden als die Eimer der Eimerketten, so daß sie eine größere Brechkraft aufweisen und auch größere Einzelstücke zu fördern vermögen.

Die Fertigteile 10 werden vorzugsweise als komplette Bauwerksabschnitte eingebaut, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, wodurch sich eine schnelle und rationelle Baudurchführung erzielen läßt. Ist ein Straßentransport der ganzen Bauwerksabschnitte infolge zu großer Abmessungen derselben nicht möglich, so werden die Fertigteile zwar als ganze Bauwerksabschnitte betoniert, beim Betonieren werden jedoch einseitig verankerte Stahlbleche 30 mit einbetoniert, so daß an den gewünschten Stellen Fugen 29 gebildet werden, längs welcher die Bauwerksabschnitte 10 für den Straßentransport in Einzelteile 10 α und 106 zerlegt werden können, wie Fig. 5 zu entnehmen ist. Durch das gemeinsame Betonieren wird in den Fugen eine vollkommene Maßgenauigkeit erreicht, so daß die einzelnen Teile an der vor der Baugrube in der Tunneltrasse gelegenen Montagestelle trocken und damit kurzfristig mit Hilfe von Spanngliedern 31 zusammengespannt und dabei die Fugen 29 statisch voll wirksam werden können. Ansätze 32 dienen zur Übertragung der Querkräfte. Die zusammengespannten Fertigteile werden mit Hilfe des Portalkranes 11 zur Einbaustelle transportiert und dort eingebaut. Vorteilhafterweise bestehen die Einzelteile des jeweils gefertigten Bauwerksabschnittes aus Spannbeton.

Zum Schutz der Baustelle vor ungünstiger Witterung kann auf Grund der geringen Längserstreckung der Baugrube ein in Fig. 2 angedeutetes fahrbares Zelt 38 vorgesehen sein, welches auf Schienen verfahrbar ist und unter welchem die Portalkräne 11 und verkehren können.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erstellung von langgestreckten unterirdischen Bauwerken, insbesondere Tunneln, innerhalb einer offenen Baugrube, bei welchem mittels eines im wesentlichen kontinuierlich vorwärts bewegten Abbaugerätes die Baugrubenstirnseite abgebaut und die an diese angrenzenden Bereiche der seitlichen Baugrubenwandungen mittels zusammen mit dem Abbaugerät vorwärts bewegter Stützwangen abgestützt werden, bei welchem ferner eine Abstützung der seitlichen Baugrubenwandungen in bestimmten Bereichen hinter den genannten Stützwangen mittels eines Verbaus vorgenommen und schließlich die Baugrube nach Erstellen des Bauwerkes wieder verfüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauwerk in an sich bekannter Weise aus Fertigteilen abschnittsweise im Schütze der Stützwangen errichtet wird und daß die Abstützung der seitlichen Baugrubenwandungen in den hinter den Stützwangen entsprechend dem Vortrieb des Abbaugerätes frei werdenden Bereich im Höhenabschnitt von der Baugrubensohle bis zum Scheitel des Bauwerkes durch sofortiges Verfüllen des Zwischenraumes zwischen den seitlichen Baugrubenwandungen und dem Bauwerk und nur im Höhenabschnitt vom Bauwerksscheitel bis zur Geländeoberfläche mittels Verbaus erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbau in dem über dem Bauwerksscheitel gelegenen Höhenabschnitt mittels Bohlen erfolgt, deren untere Enden sich lösbar an der Oberseite des Bauwerkes abstützen und deren obere Enden durch Steifen über die Baugrube hinweg abgestützt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohlen des Verbaus in den wieder verfüllten Baugrubenteilen unter gleichzeitiger Verfüllung der hierbei entstehenden Hohlräume gezogen und hinter dem Abbaugerät wieder eingesetzt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohlen jeweils gegen mit den seitlichen Stützwangen des Abbaugerätes verbundene Schleppbleche hinter dem Abbaugerät eingesetzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugrube entsprechend dem Vortrieb des Abbaugerätes an der Rückseite in Form einer schrägen Rampe wieder verfüllt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigteile mittels eines Krans im Schütze der seitlichen Stützwangen als ganze Bauwerksabschnitte eingesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigteile durch Zusammenspannen im Bereich von Fugen, die von einbetonierten Blechen gebildet werden, zu Bauwerksabschnitten zusammengesetzt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß Fertigteile aus Spannbeton verwendet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abbau-

gerät verwendet wird, bei dem als Abbaumechanismus über die ganze Baugrubenbreite hin Eimerketten (4) angeordnet sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abbaugerät verwendet wird, bei dem als Abbaumechanismus über die ganze Baugrubenbreite hin nebeneinander Schürfkübel (35) angeordnet sind.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den seitlichen Baugrubenwandungen (12) und den Stützwangen (2', 2") eine thixotrope Flüssigkeit (24) eingebracht wird, deren Austritt an der Rückseite des Abbaugerätes durch eine elastische Dichtung (26) verhindert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 009522/18