DE2120178A1

DE2120178A1 - Verschiebbare Auskleidungs- und Abstützungsstruktur sowie Verfahren zum Auskleiden von Tunnels und Schächten

Info

Publication number: DE2120178A1
Application number: DE19712120178
Authority: DE
Inventors: Nicholas Youngstown Ohio Chlumecky (V.StA.). P
Original assignee: Commercial Shearing & Stamping Co., Youngstown, Ohio (V.StA.)
Priority date: 1970-12-28
Filing date: 1971-04-24
Publication date: 1972-07-13
Also published as: JPS5620438B1; DE2120178B2; FR2126661A5; BE766064A; US3645102A; AU2812171A; AT321977B; CH546312A; NL7105475A; DE2120178C3; GB1354741A; CA947520A

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln

Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 16. März 1971 vA// Name d. Anm. Commercial Shearing

& Stamping Company

Verschiebbare Auskleidungs- und Abstützungsstruktur sowie Verfahren zum Auskleiden von Tunnels und Schächten

Die Erfindung betrifft eine verschiebbare Auskleidungs- und Abstützungsstruktur sowie ein Verfahren zum Auskleiden von Tunnels und Schächten, und insbesondere ein stark verbessertes Verfahren zum Abstützen und Auskleiden von Tunnels und Schächten, die durch Minier- und Ausschachtverfahren «Mfc hergestellt sind·

Untergrundtunnels und -schächte, wie zum Beispiel Fahrzeugtunnels, Unterwassertunnels, Abwasser- und Kanalisationskanäle, U-Bahntunnels und ähnliche Bauwerke müssen mit einer abstützenden Auskleidung versehen werden. Je rascher der Tunnel ausgekleidet und zwecks Abstützung des umgebenden Erdreichs und des Ausschlusses von Wasser fertiggestellt werden kann, desto besser ist es. Ein Verfahren zum Erreichen dieses Ziels verwendet ein Betonrohr, das unter starkem Druck in das Erdreich mittels hydraulischer Zylinder gedrückt wird, welche gegen eine sehr starke Basis oder Wand anliegen müssen, die gewöhnlich in einem Schacht angeordnet ist, da ein solches Drücken sehr schwierig wäre, wenn das Rohr durch einen auf einer ebenen Oberfläche befindlichen Bauteil angetrieben werden müßte. Während das Rohr vorgetrieben wird, wird Erde am vorderen Ende des Tunnels vor dem Rohr ausgeschachtet, das dann vorwärts bewegt wird. Neben der Schwierigkeit, daß eine sehr kraftige Druckvorrichtung erforderlich ist, muß das vorzutreibende Rohr auf der Außenseite geschmiert werden, gewöhnlich durch Bohren von Löchern von der Oberfläche und durch Einspritzen einer Mischung von Wasser und Bentonit. Das Bohren der Einspritzlöcher ist kostspielig, weil diese in verhältnismäßig geringen Abständen liegen müssen und weil dies häu-

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fig mit Versorgungseinrichtungen und dem Straßenverkehr in überfüllten Stadtbezirken in Konflikt kommt. Ein anderer Nachteil dieses Verfahrens des Rohrvortriebs besteht darin, daß besonders günstige Bedingungen im Erdreich erforderlich sind, durch welches das Rohr vorgetrieben werden soll. Wenn der Tunnel durch Erdreich vorgetrieben werden muß, das viel Geröll oder Felsen enthält, oder wenn sich das Erdreich gewaltsam auf das vorgetriebene Rohr senkt, insolge von Arbeitsunterbrechungen oder anderen Faktoren, wie zum Beispiel ungenügender Schmierung mit Bentonit, wird jede weitere Ausschachtung durch Rohrvortrieb unmöglich und die Ausschachtung kann dann nur durch andere Verfahren als durch Rohrvortrieb erfolgen. Ein anderes Problem besteht darin, daß zu irgendeinem Zeitpunkt infolge der starken Druckbelastung Rohrabschnitte zerbrechen, so daß deren Entfernung durch eine kostspielige Reparatur erforderlich ist. Obwohl der Rohrvortrieb an entsprechenden Stellen im Erdreich erfolgreich ist, ist der Bseich desselben beschränkt, weil die Druckbelastung nur eine begrenzte lineare Länge des Rohres bewegen kann. Wenn die Last oder der Zug trotz der Schmierung der Außenwand des Rohres bis zu einem Punkt zunimmt, bei welchem das Rohr durch den einwirkenden Druck beschädigt werden kann, muß das Drücken unterbrochen werden. Ferner muß eine äußerst genaue Ausrichtung des gedrückten Rohres beobachtet und aufrecht erhalten werden, weil eine falsche Ausrichtung ein vollständiges Festfressen und einen Stillstand des gedrückten Rohres bewirkt, was jede weitere Tunnelausschachtung mit diesem Verfahren unmöglich macht. Ein anderes Problem bildet die Handhabung der Stromkabel, der Belüftungsleitungen und anderer Einrichtungen, welche zu der Stirnfläche des Tunnels vorgeschoben werden müssen. Die Rohrelemente, die in das Erdreich gedrückt sind, müssen mit dem letzten Element in Berührung gebracht werden, das hineingedrückt worden ist. Zwecks Verbindung mit dem nächsten Rohrelement müssen alle obigen Versorgungsleitungen und häufig auch die Gleise für die Förderwagen, welche die ausgeschachtete Erde herausbefördern, unterbrochen werden. Nach der Anordnung des Rohrelements müssen alle diese Einrichtungen wieder miteinander verbunden werden, bevor die

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Ausschachtung des Tunnels fortgesetzt werden kann. Insgesamt ist die vorliegende Art des Rohrvortriebs bei der Ausschachtung vielen Zufällen, mühsamen Anstrengungen, hohen Kosten und beträchtlichen Beschränkungen unterworfen.

Die Erfindung sieht eine neuartige und wesentliche Verbesserunggegenüber dem derzeit verwendeten Verfahren vor, das vorstehend beschrieben wurde. Außerdem sieht die Erfindung eine Tunnelauskleidung vor, welche durch die angebrachte Auskleidung verschoben werden kann, ohne daß kräftige Druckteile notwendig sind, die eine starke Anschlagfläche erfordern. Die Tunnelauskleidung gemäß der Erfindung erfordert keine kostspieligen Bohrverfahren zum Einspritzen von Schmiermittel auf die Außenseite der Tunnelauskleidung· Ferner sieht die Erfindung eine verschiebbare Tunnelauskleidung vor, welche nicht von besonders günstigen Erdreichformationen abhängig ist, durch welche der Tunnel ausgeschachtet wird, und welche nicht durch Arbeitsunterbrechungen oder andere Verzögerungen beeinflußt wird, die das Festfressen einer bewegten Auskleidung bewirken. Die vorliegende Tunnelauskleidung kann gegen die Stirnseite des Tunnels verschoben werden, ohne übermäßig und schädliche Drükke auf Auskleidungsbestandteile auszuüben, während dieselben vorwärts bewegt werden. Überdies sieht die Erfindung eine Auskleidung vor, welche keinen großen Schacht erfordert, von dem der Tunnel ausgeht. Die Auskleidung gemäß der Erfindung kann in den Tunnel bewegt werden, ohne daß Versorgungsleitungen, Belüftungsrohre und Gleise unterbrochen und wieder verbunden werden müssen.

Die Erfindung sieht ein Verfahren zum Auskleiden eines Tunnels vor, bei welchem eine Vielzahl von ersten Sehnensegmenten im zusammengedrückten Zustand in einen Tunnel gezogen, an ihrem Platz nacheinander ausgedehnt und durch ein zweites kleineres Sehnensegment verkeilt wird, um an ihrem Platz ein ringförmiges Segment zu bilden. Die Segmente sind vorzugsweise mit Bohrungen versehen, durch welche Mörtelschlamm gepumpt wird, um den Hohlraum hinter den Segmenten auszufüllen. Die Segmente werden an

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ihren Platz bewegt, indem dieselben mit einem Kabel mittels hydraulischer Zylinder oder anderer entsprechender Einrichtungen gezogen werden. Die Segmente können aus irgendeinem starken elastischen Material hergestellt werden, wie zum Beispiel Stahl, verstärktem Kunststoff, bewehrtem Beton oder dergleichen Die ersten Sehnensegmente umschließen vorzugsweise einen Winkel, der größer ist als 230°„

Die Erfindung betrifft daher eine neuartige verschiebbare Auskleidungs- und Abstützungsstruktur sowie ein Verfahren zum Auskleiden von Tunnels und Schächten, bei welchem eine Vielzahl von ersten Sehnensegmenten in zusammengedrücktem Zustand in einen Tunnel oder Schacht gezogen, an ihrem Platz im Tunnel oder Schacht nacheinander in diametraler Richtung ausgedehnt und im ausgedehnten Zustand durch ein zweites kleineres Sehnensegment verkeilt wird, welches ein ringförmiges Segmenet vervollständigt, wenn sich das erste Sehnensegment an seinem Platz befindet.

In der vorstehenden allgemeinen Beschreibung sind beistimmte Merkmale und Vorteile der Erfindung angeführt. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in welchen zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Tunnel und veranschaulicht das Verfahren zum Verschieben einer Auskleidung in den Tunnel,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II - II der Fig. 1 und veranschaulicht die Art und Weise, wie die Auskleidung verschoben wird, wobei die Auskleidung nach der Ausdehnung und Vervollständigung aus drei Teilen pro Ring besteht,

Fig. 3 eine Ansicht der Tunnelgleise mit dem Stützrahmen, der die Versorgungsleitungen trägt,

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Fig. 4 eine Endansicht eines verschiebbaren Auskleidungsteils gemäß Fig. 1 im zusammengedrückten Zustand zwecks Einführung in den Tunnel, gesehen nach der Linie IV - IV der Fig. 1,

Fig. 5 einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform der verschiebbaren Auskleidung, bei welcher das Gleis in der verschiebbaren Auskleidung enthalten ist und bei welcher jeder Ring aus zwei Teilen besteht,

Fig. 6 einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform der Auskleidung gemäß der Erfindung,

Fig. 7 im Grundriß trapezförmige Bodensegmente der Tunnelauskleidung mit viereckigen Verbindungen, die bei der Ausführungsftrm gemäß Fig. 6 verwendet werden,

Fig. 8 einen teilweisen Querschnitt von trapezförmigen Bodensegmenten nach der Vereinigung durch Verbindungen, die in Form von Feder und Nut ausgebildet sind,

Fig. 9 im Grundriß die trapezförmigen Bodensegmente der Ausführungsform gemäß Fig. 7,

Fig. 10 im Querschnitt eine Keilnutverbindung, die anstelle von anderen Verbindungen gemäß der Erfindung verwendet werden kann,

Fig. 11 im Querschnitt eine andere Art der Verbindung gemäß der Erfindung,

Fig. 12 im Querschnitt eine Verbindung mit asymmetrischer Zunge und Dichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 13 im Querschnitt eine Feder- und Nutverbindung gemäß der Erfindung,

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Fig. 14 im Querschnitt eine Verbindung mit H-förmigem Querschnitt als Stabilisator, um die Kanten ausgerichtet zu halten,

Fig. 15 im Querschnitt eine Verbindung mit viereckigen Kanten, die aus Bolzen und Unterlagscheiben besteht, um die Kanten genau ausgerichtet zu halten,

Fig. 16 eine schaubildliche Ansicht einer Feder- und Nutverbin dung, die mit Bohrungen zum vorübergehenden Gebrauch versehen ist, um die Längsverbindungen oder die senk-

r rechten Verbindungen zusammenzuziehen,

Fig. 17 eine Endansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 18 eine Endansicht noch einer an^-x'e-ü Ausführuagsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine allgemeine Anordnung der verschiebbaren Tunnelauskleidung dargestellt, die ein bogenförmiges Segment 10 zeigt, das durch einen Kran 11 in einem senkrechten Schacht vor einem waagerechten Schacht 13 gesenkt wird. Das Segment wird mit anderen Segmenten 10 verbunden, die bereits in die zusammengesetzte Auskleidung 14 eingeführt sind, indem die unteren Enden 15 durch das Kabel oder die Kette 16 vorübergehend zusammengezogen werden, wie in Fig. 4 gezeigt ist, die den Querschnitt des Segments zeigt, das in den Schacht 12 gesenkt wird. Sobald das Segment 10 in die Tunnelauskleidung 14 eingeführt ist, wird das Kabel 16 entfernt. An der hinteren Kante des Segments werden dann Klammern 17 angeordnet. An den Klammern 17 werden Kabel 18 befestigt, die über eine Rillenscheibe 19 laufen, die auf dem Schild 20 angeordnet ist. Die Kabel 18 laufen innerhalb der Tunnelauskleidung 14 nach außen zu Rillea= scheiben 21 und einer Doppeltrommelwinde 22. In dem Maße, in dem die Anbringung der Tunnelauskleidung 14 fortschreitet, den die Segmente 10 innerhalb des Schildes 20 nach vorne gsz

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gen, sowie ausgedehnt und mit zweiten Segmenten 23, 24 vereinigt, welche den Boden der Tunnelauskleidung 14 bilden. Die Stromleitungen 25 werden von Stützrahmen 26 getragen. Die Stützrahmen 26 sind mit den Gleisen 27 durch Bolzen verbunden. Im Schacht 12 verlaufen die Stromleitungen 25 unterhalb der Gleise 27, so daß sie das Senken des Segments 10 und die Einführung desselben in die Tunnelauskleidung 14 nicht behindern. Die Stützrahmen 26 können auch verwendet werden, um das Belüftungsrohr 28 zur Stirnseite 29 des Tunnels zu führen.

Fig. 2 zeigt die verschiebbare Auskleidung gemäß Fig. 1 im Querschnitt und insbesondere die Art und Weise, wie die verschiedenen Elemente der Erfindung relativ zueinander angeordnet sind. Das Segment 10 kann aus starkem,elastischem Material bestehen, wie zum Beispiel Stahl, verstärktem Kunststoff oder bewehrtem Beton. Fig. 2 zeigt, wie das Segment 10 innerhalb des oberen ausgedehnten Auskleidungssegments 10 und innerhalb der unteren Auskleidungssegmente 23 und 24 angeordnet und zusammengedrückt gehalten wird. Fig. 2 zeigt auch, wie der Stützrahmen 26, der die Stromleitungen 25, sowie das Rohr 30 und die Belüftungsleitung 28 trägt, am Gleis 27 befestigt ist. Die Segmente sind mit Bohrungen 31 versehen, um den Hohlraum der Tunnelausschachtung 32 mit Mörtelschlamm zu füllen. Die verschiebbaren Segmente 10 werden in den Tunnel durch die Klammern 17 gezogen, an denen die Kabel 18 befestigt sind, die über die Rillenscheibe 19 laufen, welche auf dem Tunnelschild 20 angeordnet ist.

In Fig. 5 ist ein Verfahren zum Verschieben von Segmenten 100 mit maximalem Umfang in die fertige Tunnelauskleidung 101 dargestellt, so daß nur ein Teilsegment 102 erforderlich ist, nachdem das Segment 100 auf den Durchmesser der Tunnelauskleidung 101 ausgedehnt wurde. Bei diesem Verfahren muß das Gleis 103 auf dem Segment 100 aufruhen. Dieses Verschiebeverfahren ist für Tunnels mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser geeignet, in welchen das Gewicht des Förderwagens 104 nicht übermäßig groß ist.

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Die Ausführungsform der Fig. 7 zeigt im Grundriß ein parallelogrammförmiges Segment 110 und ein trapezförmiges Segment 111, das für die Anbringung des trapezförmigen Segments 112 entsprechend geformt ist. Wenn daher die Segmente 110 und 111 in der Längsrichtung verschoben werden, werden sie vor den fertiggestellten Teilen der Auskleidung ein Minimum an Raum erfordern. Fig. 6 zeigt in einem Querschnitt der Auskleidung, wie die vereinigten Segmente angeordnet sind.

Die Ausführungsform der Fig. 9 zeigt im Grundriß die parallelogrammförmigen Segmente 121 und zwei trapezförmige Segmente 122, die durch Feder- und Mitverbindungen 123 vereinigt sind, um die Ausrichtung der Segmente zu gewährleisten. Fig. 8 zeigt in teilweisem Querschnitt die verschiebbaren Segmente in der zusammengesetzten Auskleidung 124.

In den Figuren 10 bis 16 sind verschiedene Verbindungen dargestellt, die für die Verwendung mit der verschiebbaren Auskleidung 130 geeignet sind. Fig. 10 zeigt eine Keilnutverbindung, bei welcher der Keil 131 in die Nuten 132 eingeführt ist. Zwecks Abdichtung kann die Nut 132 mit einem Dichtungsmaterial 133 gefüllt werden, das eine Bindung zwischen dem Keil 131 und der Auskleidung 130 herstellt.

Fig. 15 zeigt viereckige Verbindungen 151» die während der Vereinigung durch Bolzen 152 und Unterlagscheiben 153 ausgerichtet gehalten werden.

Fig. 16 zeigt eine teilweise schaubildliche Ansicht einer Feder- und Nutverbindungj bevor dieselbe zusammengezogen wird. Um die Verbindung zusammenzuziehen, werden in die Auskleidung 162 Löcher 161 gebohrt. In die Löcher 161 werden dann vorübergehend (nicht dargestellte) Dübel eingesetzt, um die Verbindung mit einer (nicht dargestellten) Klammer zusammenziuziehen.

Die Figuren 11 bis·14 zeigen auch die Anordnung von Dichtungsoder Bindungsmaterial 164, das aus Epoxyharz oder anderen ent-

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sprechenden Verbindungen bestehen kann.

Die Figuren 17 und 18 zeigen weitere Ausführungsformen, bei welchen ein Segment 200 in den ausgekleideten Tunnel eingeführt und ausgedehnt, sowie an einem überdeckenden Bodenteil 201 durch Bolzen 202 bzw. durch Bodensegmente 203 und eine Keilplatte 204 befestigt wird_o

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen beispielsweisen Ausführungsformen beschränkt, die verschiedene Abänderungen erfahren können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Patentansprüche

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Claims

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Di pl.-lng. H. B ERKEN FE LD, Patentanwälte, Köln

Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 16. März 1971 vA// Name d. Anm. Commercial Shearing

& Stamping Company

.PATENTANSPRÜCHE

•\J Verfahren zum Auskleiden eines Tunnels oder dergleichen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

^w a) die Ausschachtung eines Tunnels im Erdreich,

b) die Einführung einer Vielzahl von ersten Sehnensegmenten in den Tunnelschacht in dem Maße, in dem die Ausschachtung fortschreitet, wobei die ersten Segmente durch Zusammendrücken in ihrem Durchmesser verringert sind und wobei die Segmente nacheinander an ihrem Platz im Schacht in diametraler Richtung ausgedehnt werden,

c) die Einführung eines zweiten Sehnensegments zwischen die Enden des ausgedehnten ersten Sehnensegments, um einen vervollständigten Ring zu bilden, und

d) die Fortsetzung der Einführung zusammengedrückter erster Segmente durch die vervollständigten Ringe und die Ausdehnung derselben nacheinander an ihrem Platz, um die Auskleidung zu vervollständigen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Sehnensegmente mit im Abstand liegenden Löchern versehen sind, durch welche Mörtelschlamm gepumpt wird, um die Hohlräume zwischen den vervollständigten Ringen und dem Tunnelschacht auszufüllen.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Sehnensegmente durch Ziehen mit einem Kabel und einer Winde an ihren Platz gebracht werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Sehnensegmente durch hydraulische Zylinder an ihren Platz gebracht werden.
5. Tunnelauskleidungssegment, bestehend aus einem bogenförmigen Segment von begrenzter Länge, das gewöhnlich einen Winkel von mindestens 230° einschließt und das aus einem Material geformt ist, welches elastische Eigenschaften aufweist, so daß das Segment in diametraler Richtung in genügendem Maße zusammengedrückt werden kann, um seinen Durchgang durch ein ähnliches Segment zu ermöglichen, das in diametraler Richtung nicht zusammengedrückt ist.
6. Tunnelauskleidungssegment nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe aus Stahl hergestellt ist.
7. Tunnelauskleidungssegment nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe aus verstärktem Kunststoff hergestellt ist«
8. Tunnelauskleidungssegment nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe aus bewehrtem Beton hergestellt ist₀

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