DE19623305A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausgleich von Gleiskörpersenkungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleich von Gleiskörpersenkungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehene Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.

Gleise von Zügen müssen aus Gründen der Fahrsicherheit, geringen Materialbeanspruchung und des Fahrkomforts mög­ lichst eben, d. h. insbesondere ohne Höhenschlag, verlaufen. Es ist daher bekannt, Schienen auf Eisenbahnschwellen höhenverstellbar festzulegen, womit Höhendifferenzen in ge­ ringem Ausmaß, meist bis 25 mm, ausgeglichen werden können. Insbesondere für Hochgeschwindigkeitstrassen werden auch sog. "feste Fahrbahnsysteme" verwendet, bei denen die Schienen von plattenförmigen Gleiskörpern aus Beton getragen werden.

In jedem Fall ist es jedoch erforderlich, den Untergrund unter den Gleiskörpern während der Herstellung der Eisen­ bahntrassen entsprechend vorzubereiten, d. h. zu verdichten und zu verbessern. Dies erfolgt im wesentlichen durch Aus­ bildung hydraulisch gebundener Tragschichten unter den Be­ toneleinenten und einer abgestuften, von oben nach unten ab­ nehmenden Steifigkeit der Schichten des Ober- und Unter­ baus.

Trotz dieser Vorbereitungsmaßnahmen ist es jedoch nicht auszuschließen, daß auch noch nach der Fertigstellung der Eisenbahntrassen unerwünschte Setzungen und Senkungen im Gleisbereich auftreten, die beispielsweise durch zusätzli­ che statische und dynamische Belastungen, Grundwasser­ schwankungen, örtliche Unstetigkeiten im Baugrund, wie schmale Flußablagerungen, Weichbodenlinsen etc., entstehen können. Besonders kritisch sind in diesem Zusammenhang die Übergänge zu festen Bauwerken, wie Brücken oder Tunneln.

Örtliche Senkungen der beschriebenen Art können jedoch durch Nachjustage im unmittelbaren Gleisbereich, die maxi­ mal bis 25 mm möglich ist, oftmals nicht ausgeglichen wer­ den.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren zum Ausgleich von Gleiskörpersenkungen zu schaffen, mit dem auf einfache und wirkungsvolle Weise örtliche Gleiskör­ persenkungen sehr genau und dauerhaft ausgeglichen werden können. Außerdem soll eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren ge­ mäß Anspruch 1 gelöst. Bezüglich der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf die Merkmale des Anspruchs 13 verwie­ sen. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird in hydraulisch gebun­ dene Schichten unterhalb des Gleiskörpers ein Bohrloch zu­ mindest bis zum Beginn hydraulisch ungebundener Schichten eingebracht. In dieses Bohrloch wird anschließend eine Injektionslanze eingeführt und nach unten in die hydrau­ lisch ungebundenen Schichten bis zu die Senkung verursa­ chenden, nachgebenden Bodenbereichen weitergeführt. An­ schließend wird durch diese Injektionslanze ein fließfähi­ ges, aushärtbares Injektionsmittel unter Druck in die nach­ gebenden Bodenbereiche eingepreßt.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt somit das Einpres­ sen des Injektionsmittels in einer Tiefe, die von den Stei­ figkeitsverhältnissen in den Bodenschichten unterhalb des Gleiskörpers abhängig ist. Dadurch, daß das Injektionsmit­ tel unterhalb der relativ steifen, hydraulisch gebundenen Schichten eingepreßt wird, wirken diese hydraulisch gebun­ denen Schichten als Spannungsverteilungselemente, die für eine Vergleichmäßigung von durch das Einpressen hervorgeru­ fenen Spannungsspitzen sorgen. Auf diese Weise wird das Gleis nicht nur im Bereich unmittelbar oberhalb der Ein­ preßstelle angehoben, sondern ausgleichend längs einer größeren Strecke, wobei diese Anhebung sehr genau dosiert werden kann.

Zweckmäßigerweise wird die Injektionslanze durch Einbohren, Einvibrieren oder Eindrücken in die hydraulisch unge­ bundenen Schichten eingebracht.

Vorzugsweise wird das Bohrloch zur Aufnahme der Injektions­ lanze durch den die Schienen tragenden Gleiskörper hindurch und senkrecht nach unten geführt. Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, die Bohrlöcher und damit auch die In­ jektionslanzen seitlich neben dem Gleiskörper anzusetzen und, falls erforderlich, schräg nach unten fortzuführen.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß innerhalb der Bohr­ strecke in den hydraulisch gebundenen und deshalb hinrei­ chend festen Schichten ein auf der Injektionslanze in die­ sem Bereich montierter Außenpacker aufgespannt (pneumatisch oder hydraulisch) ist, der das Bohrloch nach oben hin ab­ dichtet.

Das Injektionsmittel kann in konstanter Tiefe, mehrstufig übereinander oder wiederholt nacheinander verpreßt werden.

Um die Auswirkungen beim Verpressen des Injektionsmittels laufend kontrollieren zu können, ist es zweckmäßig, wenn beim Injizieren des Injektionsmittels gleichzeitig eine Hö­ henvermessung des Gleiskörpers durchgeführt wird.

Vorteilhafterweise werden das Niederbringen des Bohrlochs und das Einführen der Injektionslanze taktförmig mittels einer auf einem Gleisfahrzeug angeordneten Vorrichtung durchgeführt, wobei ein vorangehendes Bohrloch hergestellt wird, während gleichzeitig die Injektionslanze in das nachfolgende Bohrloch eingeführt und das Injektionsmittel verpreßt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens zeichnet sich dadurch aus, daß die Bohreinrichtung und die Injektionsvorrichtung auf einem Gleisfahrzeug in gleichem Abstand wie die im Boden herzustellenden Bohrlö­ cher angeordnet und festlegbar sind. Auf diese Weise ist es möglich, nach Fertigstellung eines Bohrlochs das gesamte Gleisfahrzeug um eine Strecke zu verfahren, die dem Abstand zum nächsten Bohrloch entspricht, wodurch ein weiteres vorausgehendes Bohrloch hergestellt und in dem nach folgen­ den Bohrloch die Injektionslanze eingeführt werden kann, mittels der dann das Injektionsmittel verpreßt wird.

Eine derartige Vorrichtung ermöglicht somit ein taktweise erfolgendes Bohren und Einbringen der Injektionslanzen. Sämtliche erforderlichen Zusatzaggregate, wie Mischanlagen, Hydraulikaggregate etc., sind zweckmäßigerweise ebenfalls auf diesem Gleisfahrzeug angeordnet.

Es ist schließlich selbstverständlich möglich, durch Anein­ anderreihung der Komponenten sowie durch zusätzliche Paral­ lelschaltung jeweils mehrere Bohr- und Injektionspunkte gleichzeitig zu bearbeiten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens im Einsatz,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Gleiskörper und die darunterliegenden Bodenschichten zur Ver­ deutlichung der Spannungsübertragung auf den Gleiskörper und

Fig. 3a-c drei Ausführungsvarianten für das erfin­ dungsgemäße Verfahren.

Die aus Fig. 1 ersichtliche Vorrichtung besteht aus einem Gleisfahrzeug 1, welches auf Schienen 2 verfahrbar ist. Die Schienen 2 sind, wie auch aus Fig. 2 ersichtlich, auf einem Gleiskörper 3 befestigt, der aus einer Betonplatte besteht.

Auf dem Gleisfahrzeug 1 ist beispielhaft eine Bohreinrich­ tung 4 angeordnet, mit der von der Bodenoberfläche aus ein Bohrloch 5 durch den Gleiskörper 3 und durch nach unten an­ schließende hydraulisch gebundene Schichten 6, 7 hindurch hergestellt werden kann. Die Tiefe des Bohrlochs 5 reicht bis kurz unterhalb der unteren hydraulisch gebundenen Schicht 7, welche eine geringere Steifigkeit als die da­ rüber liegende hydraulisch gebundene Schicht 6 aufweist.

Vor dem Herstellen des Bohrlochs 5 wird in den Gleiskörper 3 mittels der Bohreinrichtung 4 eine im Durchmesser größere Bohrung 8 eingebracht, die mit dem später hergestellten Bohrloch 5 fluchtet und bis zur Unterkante des Gleiskörpers 3 reicht. In die Bohrung 8 wird ein vertikales Verbindungs­ rohr 9 eingebracht, welches mit dem Gleisfahrzeug 1 in Ver­ bindung steht und über welches eventuell erforderliche Bohrspülungen aufgenommen werden können.

Das Bohrloch 5 wird mittels eines Bohrgestänges 10 herge­ stellt, welches von der auf dem Gleisfahrzeug 1 angeordne­ ten Bohreinrichtung 4 gehalten und angetrieben wird.

Der Antrieb des Bohrgestänges 10 erfolgt über ein Hydraulikaggregat 11, das neben der Bohreinrichtung 4 auf dem Gleisfahrzeug 1 vorgesehen ist.

In einem vorbestimmten Abstand neben der Bohreinrichtung 4 ist auf dem Gleisfahrzeug 1 eine Injektionsvorrichtung 12 vorgesehen, die eine hydraulische Eindrück- und Zieheinheit 13 oder Vibrationseinheit sowie eine Injektionslanze 14 mit einer außenliegenden Packereinheit 20 umfaßt.

Mittels der hydraulischen Eindrück- und Zieheinheit 13 wird die Injektionslanze 14 in das vorher vorbereitete Bohrloch 5 eingeführt und bis in hydraulisch ungebundene Schichten 15, 16 mit nach unten abnehmender Steifigkeit weiterge­ führt. Dieses Weiterführen kann beispielsweise durch Ein­ bohren, Einvibrieren oder Eindrücken der Injektionslanze 14 erfolgen. Anschließend wird die Packereinheit auf der In­ jektionslanze 14 pneumatisch oder hydraulisch in den festen Unterbauschichten 3, 6, 7 verspannt, so daß dadurch das Bohrloch 5 für die Injektion nach oben abgedichtet wird.

Auf dem Gleisfahrzeug 1 sind weiterhin eine Injektionsan­ lage 17 und eine automatische Mischanlage 18 zur Bereit­ stellung eines fließfähigen, aushärtbaren Injektionsmittels vorgesehen, welches durch die Injektionslanze 14 hindurch und von dort in die für die Setzungen ursächlichen Unter­ grundbereiche eingepreßt wird.

Das Injektionsmittel kann auch aus pastösen oder trockenen wasserbindenden Stoffen bestehen.

Die Injektionsmitteleinpreßbereiche sind in Fig. 1 mit 19 gekennzeichnet.

Die beim Einpressen des Injektionsmittels auftretenden Wir­ kungen sind anhand von Fig. 2 dargestellt. Wie ersichtlich, sind dort, im Querschnitt der Schienen 2 gesehen, zwei ne­ beneinander liegende Lanzen 14 gleichzeitig eingeführt. Das Injektionsmittel wird gleichzeitig oder nacheinander in verschiedenen Höhen in die hydraulisch ungebundene Schicht 16 eingepreßt, was durch gezielte Beaufschlagung von Ventilstufen oder durch stufenweise er folgendes Verpressen (siehe Fig. 3c) in den erforderlichen Tiefen bewirkt werden kann.

Durch das Einpressen des Injektionsmittels erfolgt eine Vo­ lumenvergrößerung der anstehenden Bodenbereiche, wodurch Spannungen und Verformungen erzeugt werden, die in Fig. 2 durch Pfeile schematisch dargestellt sind.

Die durch das Einpressen des Injektionsmittels bewirkte He­ bung in den einzelnen Bodenschichten ist in Fig. 2 mit Hilfe von Hebungsprofilen 21 dargestellt. Es ist erkennbar, daß in den hydraulisch ungebundenen Schichten 15, 16 und insbesondere in der Nähe des Auspreßbereichs des Injekti­ onsmittels eine relativ starke, jedoch räumlich begrenzte Hebung stattfindet, die mit zunehmender Annäherung an die Bodenoberfläche sich auf einen breiteren Bereich verteilt und in der Stärke abnimmt. Diese wird insbesondere durch die hydraulisch gebundenen Schichten 6, 7 bewirkt, da diese eine hohe Steifigkeit aufweisen und eine vergleichmäßigende Wirkung auf Spannungen und Verformungen ausüben.

Durch das beschriebene Einpressen des Injektionsmittels in die hydraulisch ungebundenen Schichten 15, 16 ist es somit einerseits möglich, die dort vorliegenden losen Boden­ bereiche dauerhaft zu verfestigen. Andererseits kann eine sanfte und gleichmäßige Anhebung der darüber angeordneten hydraulisch gebundenen Bodenschichten 6, 7 und damit des Gleiskörpers 3 bewerkstelligt werden.

Das Maß der Anhebung wird laufend mittels einer automati­ schen Meßeinrichtung für die Höhenkontrolle überwacht.

Wie aus Fig. 3a ersichtlich, kann das Einpressen des Injek­ tionsmittels über Ventilrohre erfolgen, wobei Ventilstufen in der erforderlichen Tiefe gezielt beaufschlagt werden.

Alternativ hierzu kann, wie aus Fig. 3b ersichtlich, eine einstufige Verpressung des Injektionsmittels über Injekti­ onslanzen 14 erfolgen, welche eine Kopföffnung aufweisen.

Wie aus Fig. 3c ersichtlich, kann alternativ hierzu die Verpressung des Injektionsmittels auch im Mehrstufenbetrieb über Injektionslanzen 14 mit Kopföffnung erfolgen, wobei die Injektionslanzen 14 in Intervallen gezogen werden und in den Ziehpausen das Injektionsmittel eingepreßt wird.

Hinsichtlich vorstehend im einzelnen nicht näher erläuter­ ter weiterer Merkmale der Erfindung wird im übrigen aus­ drücklich auf die Zeichnung und die Patentansprüche verwie­ sen.

Claims (13)

1. Verfahren zum Ausgleich von Gleiskörpersenkungen, dadurch gekennzeichnet, daß in hydraulisch gebundene Schichten (6, 7) unterhalb des Gleiskörpers (3) ein Bohrloch (5) zumindest bis zum Beginn hydraulisch ungebundener Schichten (15, 16) eingebracht wird, daß in dieses Bohrloch (5) eine Injektionslanze (14) eingeführt und nach unten in die hydraulisch ungebundenen Schichten (15, 16) bis zu die Senkung verursachenden nach­ gebenden Bodenbereichen weitergeführt wird und daß durch die Injektionslanze (14) ein fließfähiges, aushärtbares In­ jektionsmittel unter Druck in die nachgebenden Bodenberei­ che eingepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Injektionslanze (14) durch Einbohren, Einvibrieren oder Eindrücken in die hydraulisch ungebundenen Baugrund­ schichten (15, 16) eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Bohrloch (5) zur Aufnahme der Injektions­ lanze (14) durch den die Schienen (2) tragenden Gleiskörper (3) hindurch geführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrloch (5) seitlich neben dem Gleiskörper (3) niedergebracht wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrloch (5) senkrecht nach unten geführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrloch (5) schräg nach unten niedergebracht wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrloch (5) über einen außenliegenden Packer (20) auf der Injektionslanze (14) in den festen Unterbauschichten (6, 7) nach oben abgedichtet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Injektionsmittel in einer konstanten Tiefe verpreßt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Injektionsmittel mehrstufig über­ einander verpreßt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Injektionsmittel wiederholt nacheinander verpreßt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Injizieren des Injektions­ mittels gleichzeitig eine Höhenvermessung des Gleiskörpers (3) durchgeführt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Herstellen des Bohrlochs (5) und das Einführen der Injektionslanze (14) taktförmig mittels einer auf einem Gleisfahrzeug (1) angeordneten Vorrichtung durchgeführt werden, wobei ein vorangehendes Bohrloch (5) hergestellt wird, während gleichzeitig die Injektionslanze (14) in das nachfolgende Bohrloch (5) eingeführt und das Injektionsmittel verpreßt wird.

13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1-12, mit einer Bohreinrichtung (4) zur Herstellung eines Bohrlochs (5) in hydraulisch gebun­ denen Schichten (6, 7) unterhalb des Gleiskörpers (3) und einer Injektionsvorrichtung (12) mit einer in das Bohrloch (5) einführbaren Injektionslanze (14) zum Verpressen von Injektionsmitteln im Boden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohreinrichtung (4) und die Injektionsvorrichtung (12) auf einem Gleisfahrzeug (1) in gleichem Abstand wie die im Boden herzustellenden Bohrlöcher (5) angeordnet und festlegbar sind.